12 octobre 2018
Différenciation du type de Gram de bactéries par piégeage sur cristaux photoniques 2D à cavités creuses
Contact : Manon TARDIF
Différenciation du type de Gram de bactéries par piégeage sur cristaux photoniques 2D à cavités creuses

FIG. (a) SEM image of the 2D hollow photonic crystal cavity and experimental setup. The photonic crystal structures are immersed in water (1) thanks to a PDMS frame that allows for the Brownian motion of bacteria in the proximity of the optical cavity. Light from a tunable laser is injected at the resonance wavelength into the access waveguide (2) in an end-fire setup. The transmitted light is collected from the other facet of the sample (3) via a microscope objective and its intensity is monitored with an oscilloscope. (b) SEM pictures of the seven bacteria under study. P.p. stands for Pseudomonas putida, N.s. for Neisseria sicca, E.c. for Escherichia coli, Y.r. for Yersinia ruckeri, B.s. for Bacillus subtilis, L.i. for Listeria innocua, and S.e. for Staphylococcus epidermidis. The Gram-type of these bacteria is also indicated: Gr - for Gram-negative and Gr + for Gram-positive bacteria. (c) Depiction of the structural differences in the cell wall for Gram-negative and Gram-positive bacteria. Gram - bacteria show two membranes (plasma 1 and outer 4) separated by a liquid periplasmic space (3) and by a thin (5–10 nm) peptidoglycan layer (2). Moreover, lipopolysaccharides (LPSs, 5) project from the outer membrane. On the contrary, Gram + bacteria exhibit a less complex structure, with a single membrane (plasma 1), surrounded by a thick cell envelope (20–80 nm) made of a peptidoglycan layer (2) and no LPSs.

Nous démontrons le piégeage optique de bactéries dans la cavité creuse d'un cristal photonique 2D. L’analyse de ce piégeage permet la différenciation du type de Gram des bactéries de manière rapide, non destructive et sans marquage.


Une bactérie est dite à Gram positif ou à Gram négatif suivant sa réaction à un test de coloration appelé test de Gram. C’est le premier test à être effectué lorsque l’on cherche à identifier la bactérie responsable d’une infection lors d’un diagnostic bactérien.
Nous avons développé en collaboration avec l’EPFL (Suisse) un dispositif de piégeage optique basé sur l’utilisation de cristaux photoniques 2D à cavités creuses et dédié à l’étude des bactéries. Le piégeage de sept types de bactéries a été démontré sur ces structures optiques : Pseudomonas putida, Neisseria sicca, Escherichia coli, Yersinia ruckeri, Bacillus subtilis, Listeria innocua et Staphylococcus epidermidis.
Le signal de piégeage de ces bactéries transmis par la structure optique est caractérisé par deux phénomènes : une brusque variation du niveau d’intensité transmise et de fortes oscillations liées au déplacement de la bactérie lorsqu’elle est en interaction avec le champ de la cavité. Nous montrons que la combinaison de ces deux caractéristiques permet l’identification du type de Gram des bactéries étudiées et parfois leur identification absolue parmi cet échantillon de sept espèces bactériennes.
Cette technique permet donc l’identification du type de Gram des bactéries par une méthode rapide, ne nécessitant pas d’ajout d’agents chimiques et permettant de travailler à faible concentration de bactéries. De plus cette méthode est non-destructive, contrairement au test de Gram classique, et permettrait donc de réaliser d’autres tests sur une même bactérie, favorisant leur identification.
“Gram-type differentiation of bacteria with 2D hollow photonic crystal cavities”, R. Therisod, M. Tardif, P. R. Marcoux, E. Picard, J.-B. Jager, E. Hadji, D. Peyrade, and R. Houdré, Applied Physics Letters 113, 111101 (2018); doi: 10.1063/1.5037849.

 

 

Maj : 12/10/2018 (1311)

 

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