Optical Microcavities for Real-Time Detection of Bacteria

Au cours de la dernière décennie, les microcavités à mode de galerie ont fait le sujet de plusieurs études où elles sont utilisées comme biosenseurs sans marquage. Leur capacité à confiner la lumière pendant un certain temps leur confère des facteurs de qualité élevés, donc une très bonne sensibilité face aux molécules qui s'attachent à leur surface. Ce projet de doctorat s'intéresse aux microdisques optiques pour la détection de bactéries, plus spécifiquement la bactérie Staphylococcus aureus (S. aureus). À notre connaissance, c'est la première fois que des bactéries sont détectées spécifiquement avec des microdisques optiques. Afin d'obtenir un biosenseur fiable et efficace, il est important qu'il présente une grande sélectivité face aux bactéries d'intérêt. Pour réaliser cette bonne sélectivité, la surface des microcavités doit être proprement fonctionnalisée. La fonctionnalisation consiste à choisir les anticorps qui sont spécifiques aux antigènes qui seront détectés. Dans ce cas, le choix des bactériophages spécifiques à la détection de la bactérie S. aureus a été fait après plusieurs séries d'expériences avec différents bactériophages. Puisque les étapes de préparation et de purification des bactériophages peuvent être longues et compliquées, l'isolation de protéines spécifiques des bactériophages s'est avérée plus appropriée. Le procédé de fonctionnalisation utilisé dans ce projet a été développé en collaboration avec le groupe de la professeure Jay L. Nadeau du département de génie biomédical à McGill. Des phages protéines LysK vont attacher les bactéries S. aureus lors des expriences de détection en temps réel. Plusieurs expériences ont été réalisées en utilisant la bactérie E. coli afin de démontrer la spécificité du procédé de fonctionnalisation utilisé. Comme prévu, la LysK était spécifique à la S. aureus et n'a pas attaché de bactéries E. coli. L'attachement des bactéries sur la surface du résonateur est observé grâce au déplacement des pics de résonance vers les plus longues longueurs d'onde, un mécanisme connu sous le nom de principe réactif de détection (reactive sensing principle). Ce déplacement permet d'en apprendre davantage sur le lien qui se forme entre les protéines et les bactéries. Pour une concentration de bactéries 5.109 cfu/ml, un déplacement de 0.22 nm a été observé. En diminuant cette concentration, le déplacement lui aussi décroît, car moins de bactéries s'attachent aux sites sensibles du microdisque. Une formulation théorique de ce principe, utilisant l'expression approximative du champ électrique dans un microdisque, a également été développée pour la première fois dans cette thèse afin de relier le déplacement de résonance avec le nombre de bactéries qui s'attachent à la surface ainsi que la cinétique de la liaison entre les bactéries et les protéines.