Spectroscopie infrarouge déportée : mise au point d'un biocapteur pour l'imagerie métabolique et la sécurité microbiologique
Résumé
An optical chalcogenide fibre biosensor operating in the Mid-Infrared (MIR) has been developed. It enables to collect infra-Red (IR) spectra by remote spectroscopy thanks to the fibre. The principle of measurement is based on the general concept of Fibre Evanescent Wave spectroscopy. To improve the detection of such a sensor, a tapered fibre is necessary. The transportation section diameter is 450 µm, and 100 µm in the sensing zone, it is this part of the fibre which will be brought into contact with the sample to analyse. Metabolic states of a biological tissue and fluid have been characterised. Samples, mouse livers and serums, are put into contact with the fibre and MIR spectra are collected. The aim is to identify two different metabolic states (pathogenic one and normal) of a same sample. Spectral differences have been identified and assigned to metabolic alterations of glucids, lipids and/or proteins. This differences consist in an increase of the absorption bands intensity and/or shift of characteristic bands. In any case, all spectral results are in agreement with histologic staining and dosages of the sample. The second topics concerns the non-invasive and in situ monitoring of the dynamics of bacterial biofilm. The model used is an uropathogenic micro-organism, called Proteus mirabilis, which exhibits a strong swarming abilities. This bacteria has developed a complex multi-cellular behaviour correlated in space and in time, which permits itself to colonise new surfaces. The change from a vegetative to a differentiated state (pathogenic one) is accompanied by important biochemical modifications in the bacteria membrane. MIR spectra, collected during the P. mirabilis. biofilm development, allow to detect in real time a surface contamination thanks to the fibre, but also biochemical modifications of the bacteria membrane constituents. All spectra have been analysed by Principal Component Analysis (PCA) method to classify spectra by metabolic state but also to determine the spatial cartography of P. mirabilis phenotype.
Un biocapteur à base de fibre optique en verre de chalcogénures, transparente dans un large domaine du moyen infrarouge (MIR), a été développé. Il permet l'enregistrement de spectres MIR par spectroscopie déportée. Le principe de la mesure est basé sur le concept de la spectroscopie par ondes évanescentes. Pour améliorer la sensibilité, les fibres utilisées sont effilées sur quelques centimètres et ont un profil en diamètre de 450-100-450 µm. La zone effilée sera mise en contact avec l'échantillon à analyser. Différents états métaboliques (physiologique ou pathologique) dans le foie et le sérum ont été analysés. Les coupes de foies et les sérums ont été mis directement en contact avec la partie senseur de la fibre, et des spectres MIR ont ainsi été collectés. L'objectif de ces études est d'identifier deux états métaboliques différents (sain et pathologique) d'un même échantillon. Des modifications spectrales peuvent être mises en évidence et reliées à une ou des altération(s) du métabolisme des lipides, glucides et/ou protides. Ces modifications peuvent être des différences d'intensité et/ou des décalages en nombre d'onde de bandes d'absorption. Tous les résultats sont corrélés avec les dosages sanguins et les colorations histologiques des échantillons analysés. Le développement d'un biofilm bactérien a été suivi in situ et en temps réel. Proteus mirabilis est un micro-organisme pathogène, opportuniste des voies urinaires, qui a développé un comportement multi-cellulaires complexe, corrélé dans l'espace et le temps, ce qui lui permet de coloniser de nouvelles surfaces. Durant le processus de différenciation, le changement de l'état végétatif à celui migrant (pathogène) est accompagné par des modifications des constituants membranaires. Les spectres MIR, enregistrés pendant le développement d'un biofilm à P. mirabilis, permettent de détecter en temps réel une contamination de surface, mais aussi les modifications biochimiques des constituants de la membrane bactérienne. Tous les spectres ont été traités par Analyse en Composantes Principales (ACP), d'une part pour une reconnaissance non-supervisée d'une pathologie, et d'autre part, déterminer la distribution spatiale des phénotypes de P. mirabilis au sein du biofilm
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