Projets
Label free high sensitivity detection of bacteria by phages using functionalized optical microcavities
Subvention de projets stratégiques, Conseil de recherches en sciences naturelles et en génie du Canada (CRSNG)
543’100.00 $ CA (2008-2011)
[Seulement disponible en anglais] We develop novel ultra-sensitive on-chip bacteria sensors based on functionalized optical microcavities by phages. The sensitivity is reached through a thermo-optical effect that produces a shift in the optical resonance of the cavity. Since the cavity has an extremely high quality factor, the detection is therefore highly sensitive. In addition the detection does not require prior labeling of the analyte, reducing significantly the analysis time. The technique allows fast detection of very low concentrations, likely single cells, opening the door to applications where detection time is required to be significantly shorter than the proliferation of the bacteria. The lab-on-chip will be able to identify a wide range of specific bacterial species and strains, e.g. Staphylococcus Aureus, Mycobacterium tuberculosis, Borrelia Burgdorferi (medical applications); Listeria, Salmonella, Staphylococci, Streptococci (food safety); E-coli, Clostridium, Anthrax (water and environment); and Legionella Pneumophilia (cooling systems).
Collaborateurs: Profs. Y.-A. Peter (PI), L. J. Dubé (Université Laval), J. L. Nadeau (McGill)
Collaborations: MPB Communications Inc., AvidBiotics Corp.
Une nouvelle classe de microcavités optiques -- résonateurs diélectriques inhomogènes --
Subvention de projets de recherche en équipe, Fonds québécois de la recherche sur la nature et les technologies (FQRNT)
181 ’244.00 $ CA (2007-2010)
Les microcavités optiques sont des structures diélectriques qui permettent le stockage de puissance optique dans des volumes de quelques micromètres à des fréquences de résonnance spécifiques. Ce phénomène a des applications en optique (petites tailles de faisceau laser pour lecture/écriture des CD/DVD), télécommunication (transmission laser à longue distance), et dans les senseurs bio-chimiques (protéines et eau lourde). La puissance optique est principalement située sur les bords de la cavité, ce qui rend le dispositif très sensible à son environnement et par conséquent en fait un senseur très intéressant. Par analogie avec les modes acoustiques, les modes propres des résonateurs diélectriques bidimensionnels sont de type "whispering gallery". Ces modes sont caractérisés par un grand confinement de la lumière près de la frontière de la cavité et permettent donc un bon couplage avec l'extérieur. Chaque mode propre est caractérisé par sa longueur d'onde, son facteur de qualité et sa directionnalité imposée en partie par la symétrie spatiale du système. Les études effectuées jusqu'à présent montrent l'effet d'un certain nombre de paramètres sur ces caractéristiques, à savoir: la forme et la taille de la cavité, l'indice de réfraction ainsi que la différence d'indice avec l'extérieur. Le contrôle de ces paramètres et la compréhension de leur influence sur les caractéristiques d’émission sont à la base de ce projet. Notre but est la réalisation d’applications de ces microcavités dans le domaine des senseurs bio-chimiques, des modulateurs compacts, des coupleurs accordables ou des dispositifs optiques non-linéaires.
Collaborateurs: Profs. Y.-A. Peter (PI), L. J. Dubé (Université Laval)
Enhanced Optical Multianalyte Detection Lab on Chip for Point-of-Care Diagnostic
Subvention de projets stratégiques, Conseil de recherches en sciences naturelles et en génie du Canada (CRSNG)
515’000.00 $ CA (2006-2010)
[Seulement disponible en anglais] We develop novel ultra-sensitive tunable photonic
crystals (PhCs) that are used at specific optical resonances to detect bio-labeled quantum dots
(QDs). It is envisioned that the sensitivity enhancement will be such that the time consuming DNA
extraction and PCR amplification steps usually needed prior to the analysis might be eliminated. This
will of course lead to a drastic reduction of the analysis time. In addition, in contrast to conventional
fluorophores, QDs that have extremely narrow emission spectra, allow to move beyond single
parameter biochemical paradigms towards routine multianalyte detection schemes. This aspect is of
central importance, since biochemical reactions do not exist or operate in isolation, and every reaction
is dependent on many other reactions through the principles of biochemical networks, reaction
kinetics, and equilibria. Today, spectral data are collected with discrete optics, or are
dispersed onto an array for detection, whereas our approach based on bio-labeled QDs, which emission
is selectively enhanced by the tunable photonic crystal. The latter will be integrated on a lab-on-chip
aimed for point of care diagnostics (POTC), with on-board microfluidics enabling the handling of
extremely small volumes of analytes, in particular the accurate delivery of solutions containing QDs.
The lab-on-chip will be able to measure the relevant biochemical parameters, and provide the
information base to better understand and effectively treat infectious diseases in shorter time. The
implementation of these new technologies in a POTC that can be produced at relatively low cost will
represent a significant reduction in wait times, treatment delays and eventually more effective and
efficient treatment for afflicted patients. By eliminating the need for costly laboratory testing for initial
diagnosis, this new technology will also provide significant cost savings to health-care providers.
Collaborateurs: Profs. Y.-A. Peter (PI), M. Skorobogatiy, O. Guenat, J. L. Nadeau (McGill)
Collaborations: Nanometrix, Altairnano
Tunable Micro Electro Mechanical Grating in Silicon for Optical Systems and Devices
Subvention de recherche et développement coopérative, Conseil de recherches en sciences naturelles et en génie du Canada (CRSNG)
90’000.00 $ CA (2006-2009)
Le but du projet est de fabriquer des dispositifs de dimensions micrométriques à base de silicium, compatibles avec les fibres optiques et donc adaptés aux réseaux de télécommunications optiques et de capteurs. L'élément de base de ces dispositifs est une tranche verticale de silicium fabriquée par des techniques de microusinage. L'association en série de plusieurs tranches permet de concevoir toutes sortes de composants utiles si l'on choisit judicieusement les épaisseurs des tranches de silicium et les épaisseurs d'air les séparant. Miroirs, filtres spectraux et capteurs de polluants font partie des applications envisagées. L'originalité du concept présenté ici réside dans la compacité du composant (quel que soit la fonction du composant, quatre tranches de silicium suffisent en général pour obtenir la réponse ciblée) et dans la possibilité de déformer le composant par application de tensions électriques sur les tranches. Le projet comprend la fabrication de tels dispositifs MEMS (Micro Electro Mechanical Systems), les tests et la démonstration de l'utilisation de prototypes. À titre d'exemple d'application, un laser à fibre accordable grâce à un tel dispositif sera construit.
Collaborateurs: Profs. Y.-A. Peter (PI), N. Godbout, S. Lacroix, M. Skorobogatiy, R. Kashyap
Collaborations: MPB Communications Inc.