République Algérienne Démocratique et Populaire Ministère de L'enseignement Supérieur et de la Recherche Scientifique

UNIVERSITE CONSTANTINE 1

Master 2 Electronique BiomédicaleModule: BIOCAPTEURS

Transducteur optique : Résonance de Plasmons de Surface (spr)

Présenté par: Enseignant:Kouadio N'Goran Alexis Pr. BELLEL

2014/2015

PLAN• Introduction• I-Historique• II-Rappels théoriques en optique de

surface• III-Principe d’un biocapteur SPR• IV-Applications Biomédicales des

biocapteurs SPR• Conclusion• Référence

INTRODUCTION• Toute ignorance peut être fatale en milieux biologique et

médical. D'où l'existence des biocapteurs. • En effet, Ils permettent de réaliser une transformation du

signal biologique, généralement une interaction entre deux espèces chimiques en un signal mesurable décrit par la figure sous-dessous.

• Cela peut souvent permet d'avoir des information même en temps réel, c'est le cas du biocapteur utilisant le principe de résonance de plasmons de surface, objet de notre étude.

I-Historique• L’excitation optique des ondes plasmons de

surface a été démontrée par Otto [Otto 1968] à l'aide d'une réflexion totale frustrée. Kretschmann [Kretschmann 1971] a montré que l’onde S P pourrait être excités dans un film métallique mince évaporé sur une base d'un cylindre totalement réfléchissant moitié de quartz[9].

• Les nombreuses possibilités ouvertes dans ce domaine et le besoin de plus en plus important d’appareils robustes et fiables permettant la compréhension des phénomènes biomoléculaires ont donné naissance à des entreprises spécialisées dans la vente d’appareils basés sur les biocapteurs optique par SPR.

II-Rappels théoriques en optique de surface

• La lumière est à la fois corpuscule et ondulatoire, et dans chacun des deux cas elle présente des caractéristiques distingue.

• La lumière étant une onde électromagnétique, est caractérisé par:

• Sa longueur d'onde λ • Sa vitesse de propagation v• Sa polarisation qui est la façon dont évolue la

direction du champ électrique. Décrite par les équations de Maxwell.

• Dès que la lumière interagit avec la matière, elle n'est plus considérée comme une onde mais comme un flux de particules discrètes (photons) dotées d'une énergie cinétique inversement proportionnelle à la longueur d'onde.

• Ainsi la lumière est soit absorbée, diffractée ou totalement réfléchie.

• L'angle de réfraction/réflexion est calculé grâce à la relation de Snell-Descartes

• n1sin(c)=n2sin((t)) [1]

III-Principe d’un biocapteur SPR

• 1.Définition Plasmon de surface• Le plasmon de surface est une oscillation collective des

électrons libres du métal , mais cette dernière se produit à l’interface entre un métal et un diélectrique.

• C'est une onde à décroissance exponentielle des deux côtés de l’interface. Elle se propage parallèlement à l’interface séparant un métal (or, argent...) d’un milieu diélectrique sans pertes (milieu biologique) [7].

III-Principe d’un biocapteur SPR

• 2.techniques de génération plasmons de surface• La méthode la plus couramment utilisée pour exciter

un plasmon de surface est la réflexion totale interne frustrée via l’utilisation d’un prisme (ou réseau). Il existe deux types de configuration [1]

• [1] MAISONNEUVRE. mathieu. analyse polarimetrique de transducteurs optiques de surface pour applications en biodetection. Thèse de doctorat en génie physique. montréal : Université de montréal, Mars 2014, 205p.

Principe• En particulier, une interface entre un métal, tel l'argent, et le vide ou l'air,

révèle assez facilement l'apparition des plasmons. Le vecteur d'onde k a alors deux composantes réelles, correspondant à la propagation du plasmon le long de l'interface, et une composante imaginaire, caractérisant la décroissance de l'onde des deux côtés de l'interface.

• Le couplage entre l'onde plasma et la lumière, n'est efficace que lorsqu'il y a accord des vitesses de phase des deux ondes, c'est à dire égalité de leur vecteur d'onde le long de l'interface => Kx=Ksp

• Lorsque cette condition est atteinte, on a une chute brutale de l'intensité de la lumière réfléchie pour cet angle d'incidence.

IV-Applications Biomédicales des biocapteurs SPR [8]

• L'application la plus courante de biocapteurs SPR est la détermination de paramètres d'affinité pour les interactions biomoléculaires.

• Ne importe quelle paire de molécules , qui présentent une liaison spécifique , peut être adapté à la mesure de SPR . Il peut s’agir d'un antigène et anticorps , d’une sonde d'ADN et son brin complémentaire , une enzyme et son substrat , de l'huile et un gaz ou liquide qui est soluble dans. La technique est appliquée non seulement à la mesure en temps réel de la cinétique d' interactions ligand-récepteur et pour le criblage de composés de plomb dans l'industrie pharmaceutique , mais aussi pour la capacité de l'hybridation de l'ADN , des interactions enzyme-substrat.

• SPR est aussi utilisée pour surveiller des événements tels que l'hybridation des dosages immunologiques quantitatifs.

• L’extrapolation de l'absorption du médicament , des interactions médicament -protéine .

• l'analyse de structure-fonction de la relation de protéines et ligands.

• SPR peut être utilisée pour étudier le facteur tissulaire induit une coagulation du sang total et plasma , la conformation des protéines immobilisées dans différents milieux.

• Capteur SPR peut être utilisé pour la détection des hormones , des médicaments.

• [8]Arûnas RAMANAVIÈIUS, Friedrich W. HERBERG, ACTA MEDICA LITUANICA. 2005. VOLUME 12 No. 3. P. 1–9 Biomedical application of surface plasmon resonance biosensors (review)

Appareils utilisant la technologie SPR• Appareil Biacore 2000: L’appareil Biacore permet l’analyse des

interactions moléculaires en temps réel.• Appareil Biacore 3000: il permet d'enregistrer la variation de l'angle

de résonance suite à l'association et dissociation de partenaires moléculaires(protéines, acides nucléiques, sucres, lipides, petites molécules, drogues, peptides, cellules, bactéries, particules virales...) dont l'un est immobilisé à la surface d'un sensor chip. Ainsi, les interactions sont mesurées en temps réel et sans marquage[4].

• [4] www.biacore.com

HORIBA PG 250 est un appareil polyvalent de hautes performance pour la mesure des Nox, CO, O2 SO2 et CO2 [5].vidéo-granulomètre CAMSIZER XT analyse la répartition en taille et forme de particules pour le contrôle qualité de poudres fines et de suspensions.• Des lasers pour le traitement de tumeurs• Des appareils d'imagerie par son effet de fluorescence [9]

[5] www.horiba.com[9]Emmanuel. MAILLART. Développement d’un système optique d’imagerie en résonance de plasmons de surface pour analyse simultanée de multiples interactions biomoléculaires en temps réel. Biological Physics. Université Paris Sud-Paris XI,2004 290p

CONCLUSION• L'évolution de la télécommunication (fibre

optique) ont permis de perfectionner les biocapteurs optiques tels que les transducteurs à plasmons de surface.

• Leur simplicité à réaliser, leur sensibilité et l'obtention des résultats en temps réel ont permis à de nombreuses entreprises de voir le jour.

Référence • [1] MAISONNEUVRE. mathieu. analyse polarimetrique de transducteurs optiques de

surface pour applications en biodetection. Thèse de doctorat en génie physique. montréal : Université de montréal, Mars 2014, 205p.

• [2] MARRAKCHI-SELLAMI. mouna. Les biocapteurs et leurs applications comme outils d’analyse. Issbat. 1ère année Master MIE-QIA 2012-2013 119p.

• [3] Vidéo Yutube Surface Plasmon Resonance-Youtube• [4] www.biacore.com• [5] www.horiba.com•  • [6] Institut pasteur de Lille : http://www.pasteur-lille.fr/fr/accueil/index_fondation.html • [7] Wikipedia: http://

fr.wikipedia.org/w/index.php?title=Plasmon_de_surface&action=edit• [8]Arûnas RAMANAVIÈIUS, Friedrich W. HERBERG, ACTA MEDICA LITUANICA.

2005. VOLUME 12 No. 3. P. 1–9 Biomedical application of surface plasmon resonance biosensors (review)

• [9]Emmanuel. MAILLART. Développement d’un système optique d’imagerie en résonance de plasmons de surface pour analyse simultanée de multiples interactions biomoléculaires en temps réel. Biological Physics. Université Paris Sud-Paris XI,2004 290p.

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