06 janvier 2017
Identification de bactérie par piégeage optique sur microcavité SOI
Contact : Manon Tardif

Figure: (1) Trapping Setup and SEM images of the under study bacteria: (a) diplococcus of S. epidermidis, (b) E. coli, and (c) aggregate of B. subtilis; (2) Global shape of trapped bacteria trajectories on the SOI microcavity; (3) Example of intensity transmitted through the microcavity during 10s of trapping for the bacteria S. epidermidis diplococcus (orange), E. coli (blue), B. subtilis aggregate (red) and with no bacteria trapped (in bacteria and water medium) (black).

Nous démontrons ici le piégeage optique d’objets vivants par une microcavité intégrée sur SOI et la discrimination de trois types de bactéries par analyse des interactions de la bactérie piégée avec le champ électromagnétique de la cavité.

Les bactéries constituent un important sujet d'étude dans le secteur biomédical car elles causent de nombreuses infections du corps humain. Les méthodes de diagnostic actuelles basées principalement sur la culture de populations en boite de Pétri permettent d'identifier la bactérie responsable de l'infection et l'antibiotique qui la stoppera en 48h. Afin de réduire ce temps de diagnostic nous proposons de travailler sur l’analyse de bactérie à l’échelle de la cellule unique en exploitant les forces optiques.

Ces dernières sont généralement utilisées en espace libre à travers un microscope, on parle alors de pinces optiques. Cependant, d'autres dispositifs optofluidiques ont récemment émergé, basés sur l'utilisation de composants optiques intégrés sur puce tels que des cristaux photoniques et microcavités. Les faibles puissances mises en jeu dans ces nouveaux dispositifs sont particulièrement adaptées à la manipulation d’objets biologiques.

Nous avons développé un dispositif de piégeage optique basé sur l’utilisation de microcavités SOI et dédié à l’étude des bactéries. L'analyse spatiale du mouvement brownien d’une bactérie dans le piège, corrélée au signal transmis par la structure optique permet une caractérisation précise du comportement de l'objet piégé. De plus, l’analyse des fluctuations du signal transmis en fonction du temps pendant le piégeage, permet de mettre en évidence la signature de chaque type de bactérie piégée. Grace à cette méthode, nous avons démontré le piégeage et l’identification de trois bactéries: S. epidermidis, E. coli et B. subtilis. Nous souhaitons étendre cette étude des interactions bactérie/champ électromagnétique  à la discrimination de différents genres ou espèces bactériennes. D’autre part, nous envisageons de corréler la signature optique d'une bactérie piégée en réponse à des événements externes (vie et mort, division cellulaire).

Single-cell bacterium identification with a SOI optical microcavity, M. Tardif, J-B Jager, P. R. Marcoux, K. Uchiyamada, E. Picard, E. Hadji, D. Peyrade, Applied Physics Letters 109, 133510 (2016)
http://dx.doi.org/10.1063/1.4963070

Les microrésonateurs optiques utilisés dans ce projet sont fabriquées à la PTA par J-B. Jager.

 

Maj : 09/01/2017 (1220)

 

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