Capteur D'adsorption de Protéines en Photonique Intégrée

**Capteur d'adsorption de protéines en photonique intégrée // Proteins Adhesion Sensor by means of Integrated Photonics**:

- Réf **ABG-131933**
**ADUM-65930**
- Sujet de Thèse
- 14/05/2025
- Université Grenoble Alpes
- Lieu de travail- GRENOBLE CEDEX - Auvergne-Rhône-Alpes - France
- Intitulé du sujet- Capteur d'adsorption de protéines en photonique intégrée // Proteins Adhesion Sensor by means of Integrated Photonics
- Champs scientifiques- Informatique
- Mots clés- Interaction protéines-surface, Echange d'ions sur verre, Photonique intégrée, Capteurs optiques
Interaction between proteins and surfaces, Ion-exchange on glass, Integrated photonics, Optical sensors

**Description du sujet**:

- Dans plusieurs domaines comme l'agroalimentaire, le médical ou les capteurs, il est essentiel de comprendre l'interaction entre les protéines et les surfaces de différentes natures. Au LMGP, l'équipe IMBM étudie par exemple la stabilité des formulations médicamenteuses en contact avec différents containers. Elle s'intéresse également aux protéines adhésives naturelles (ex. : des balanes marines), ces dernières étant capables d'adhérer à diverses surfaces, même en milieu aqueux, et surpassant parfois les adhésifs synthétiques.

Ces recherches nécessitent des outils de mesure précis pour quantifier ces interactions. Les techniques les plus connues sont la résonance plasmonique de surface (SPR), la bio-layer interferometry (BLI), la micro-balance à quartz (QCMd).
Or, ces techniques sont parfois peu adaptées aux environnements miniaturisés comme les systèmes microfluidiques (lab-on-chip). Une alternative prometteuse est l'intégration de capteurs optiques sur des substrats plans en verre, compatibles avec la microfluidique.

Le laboratoire CROMA, possède une expertise historique en photonique intégrée sur verre. Grâce à une chaîne complète de fabrication en interne (y compris en salle blanche), il est possible de développer de composants flexibles et performants. La photonique intégrée sur verre se prête donc à la conception de capteurs pour analyser l'adsorption de protéines, par exemple en adaptant le principe de la BLI (Biolayer Interferometry) sur un dispositif intégré et microfluidique. Une telle approche permettrait d'augmenter la sensibilité via l'optimisation de l'interaction onde évanescente/protéines.

Ce projet vise à concevoir un nouvel interféromètre sur verre, optimisé pour la détection d'interactions protéines-surfaces, en environnement microfluidique. Ce dispositif devra être fonctionnalisable, afin de tester des protéines variées (masses et formes différentes) sur des surfaces modifiées chimiquement. L'environnement microfluidique permettra de réduire le volume d'échantillons requis — un avantage dans le domaine protéique, souvent contraint par le coût des biomolécules.
En 2024, une première étude (stage M2 financé par la FMNT) a démontré le potentiel de cette technologie. Un interféromètre Mach-Zehnder sur verre, combiné à un microcapot PDMS imprimé en 3D, a été utilisé pour détecter l'interaction entre une protéine, l'albumine de sérum bovin (BSA) et la surface en verre, via une analyse spectrale. Bien qu'un signal de réponse ait été détecté, l'absence de procédure d'analyse automatisée n'a, pour l'instant, pas permis, une caractérisation métrologique du capteur (limite de détection, reproductibilité, etc.). Cette première étude a aussi permis d'identifier plusieurs pistes d'optimisation.
Dans ce but, la FMNT a décidé de continuer à soutenir le projet en financeant un nouveau stage M2 qui a débuté mi-février et qui a pour but d'être poursuivi par la thèse. Une fois la caractérisation du capteur et son optimisation complétées, l'objectif de la thèse sera d'étudier les interactions entre diverses protéines et la surface du capteur qui pourra être fonctionnalisée, car en verre.
- le contrôle qualité des protéines post-purification ou après stockage,
- les biotechnologies et l'industrie pharmaceutique (ex. : interactions protéines/plastiques),
- la mise au point de capteurs biomédicaux.

La possibilité de modifier la surface du verre (hydrophobe/hydrophile, dépôt de polymères) offre un terrain d'expérimentation riche. Toutefois, ces modifications devront respecter des critères de qualité optique élevés, afin de garantir une bonne interaction avec le champ sonde. La caractérisation des couches déposées et leur impact sur la réponse du capteur feront l'objet d'investigations théoriques et expérimentales, pour assurer le bon fonctionnement du dispositif.

Understanding the interaction between proteins and different types of surface is essential in a number of fields such as food, medicine and sensors. At LMGP, for example, the IMBM team is studying the stability of drug formulations or natural protein glues (e.g. barnacles), which are capable of adhering effectively to various surfaces, even in aqueous media, and sometimes outperforming synthetic adhesives.

This research requires precise measurement tools to q