Développement de biocapteurs interférométriques photo-imprimés sur fibres optiques multicoeurs pour le diagnostic moléculaire // Development of photo-printed interferometric biosensors on multi-core optical fibers for molecular diagnostics

Les fibres optiques sont des dispositifs peu invasifs couramment utilisés en médecine pour l'imagerie tissulaire in vivo par endoscopie. Cependant, à l'heure actuelle, elles ne fournissent que des images et aucune information moléculaire sur les tissus observés. La thèse proposée s'inscrit dans un projet visant à conférer aux fibres optiques la capacité d'effectuer des reconnaissances moléculaires afin de développer des biocapteurs innovants capables d'effectuer une analyse moléculaire en temps réel, à distance, in situ et multiplexée. Un tel outil pourrait apporter des progrès importants dans le domaine médical, et plus particulièrement dans l'étude des pathologies cérébrales pour lesquelles la connaissance de l'environnement tumoral, difficilement accessible par des biopsies classiques, est primordiale.
L'approche proposée repose sur l'impression par polymérisation à 2-photons de structures interférométriques à l'extrémité de chacun des cœurs d'un assemblage multifibre. Le principe de détection repose sur les interférences se produisant dans ces structures et leur modification par l'adsorption de molécules biologiques. Chacune des fibres de l’assemblage agira comme un capteur individuel et la mesure de l'intensité de la lumière rétro-réfléchie à l'extrémité fonctionnalisée permettra de rendre compte des interactions biologiques se produisant sur cette surface. Grâce à la modélisation du phénomène d’interférence, nous avons déterminé des paramètres pour optimiser la forme et la sensibilité des structures interférométriques (PTC InSiBio 2024-2025). Ces résultats ont permis l'impression et la caractérisation de la sensibilité de structures interférométriques sur mono-fibres. Les objectifs de la thèse sont de poursuivre cette caractérisation optique sur de nouveaux échantillons et de développer des méthodes de fonctionnalisation photo-chimiques originales afin de greffer plusieurs sondes biologiques à la surface des assemblages de fibres. Cette multi-fonctionnalisation permettra de réaliser une détection multiplexée, essentielle pour envisager une application médicale future. Selon l'avancement de la thèse, les biocapteurs seront validés au travers de la détection de cibles biologiques dans des milieux de plus en plus complexes pouvant aller jusqu'à un modèle de tissu cérébral.
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Optical fibers are minimally invasive devices commonly used in medicine for in vivo tissue imaging by endoscopy. However, at present, they only provide images and no molecular information about the tissues observed. The proposed thesis is part of a project aimed at giving optical fibers the ability to perform molecular recognition in order to develop innovative biosensors capable of performing real-time, remote, in situ, and multiplexed molecular analysis. Such a tool could lead to significant advances in the medical field, particularly in the study of brain pathologies, where knowledge of the tumor environment, which is difficult to access using conventional biopsies, is essential.
The proposed approach is based on 2-photon polymerization printing of interferometric structures at the end of each core of a multifiber assembly. The detection principle is based on the interference occurring in these structures and their modification by the adsorption of biological molecules. Each fiber in the assembly will act as an individual sensor, and measuring the intensity of the light reflected at the functionalized end will provide information about the biological interactions occurring on that surface. By modeling the interference phenomenon, we determined parameters to optimize the shape and sensitivity of interferometric structures (PTC InSiBio 2024-2025). These results enabled the printing and characterization of the sensitivity of interferometric structures on single-core fibers. The objectives of the thesis are to continue this optical characterization on new samples and to develop original photochemical functionalization methods in order to graft several biological probes onto the surface of the fiber assemblies. This multi-functionalization will enable multiplexed detection, which is essential for future medical applications. Depending on the progress of the thesis, the biosensors will be validated through the detection of biological targets in increasingly complex environments, up to and including a brain tissue model.

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Pôle fr : Direction de la Recherche Fondamentale
Département : Institut de Recherche Interdisciplinaire de Grenoble
Service : DIESE
Date de début souhaitée : 01-11-2026
Ecole doctorale : Ecole Doctorale de Physique de Grenoble (EdPHYS)
Directeur de thèse : BIDAL Elodie
Organisme : Université Grenoble Alpes
Laboratoire : DRF/IRIG/SyMMES/CREAB
URL : https://www.symmes.fr/Pages/CREAB/Presentation.aspx

Public/private mixed funding

Pôle fr : Direction de la Recherche Fondamentale
Département : Institut de Recherche Interdisciplinaire de Grenoble
Service : DIESE

Formation en optique théorique et expérimental avec un goût pour les application en biologie