FR3134894A1 - method for characterizing analytes comprising a temperature variation using an electronic nose of the interferometric type - Google Patents
method for characterizing analytes comprising a temperature variation using an electronic nose of the interferometric type Download PDFInfo
- Publication number
- FR3134894A1 FR3134894A1 FR2203701A FR2203701A FR3134894A1 FR 3134894 A1 FR3134894 A1 FR 3134894A1 FR 2203701 A FR2203701 A FR 2203701A FR 2203701 A FR2203701 A FR 2203701A FR 3134894 A1 FR3134894 A1 FR 3134894A1
- Authority
- FR
- France
- Prior art keywords
- analytes
- initial
- functionalized surface
- final
- value
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 29
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims abstract description 58
- 238000012512 characterization method Methods 0.000 claims description 73
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims description 33
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 24
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims description 19
- 238000002336 sorption--desorption measurement Methods 0.000 claims description 8
- 239000004020 conductor Substances 0.000 claims description 5
- 230000008859 change Effects 0.000 claims description 4
- 230000007704 transition Effects 0.000 claims description 4
- 238000003795 desorption Methods 0.000 description 26
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 19
- 230000002123 temporal effect Effects 0.000 description 18
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 14
- 101100310856 Drosophila melanogaster spri gene Proteins 0.000 description 6
- 238000002310 reflectometry Methods 0.000 description 6
- 230000000875 corresponding effect Effects 0.000 description 5
- 239000012491 analyte Substances 0.000 description 4
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 4
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 4
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 4
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 4
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 4
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 3
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 3
- 230000006870 function Effects 0.000 description 3
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 description 3
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 3
- 238000001847 surface plasmon resonance imaging Methods 0.000 description 3
- 230000003416 augmentation Effects 0.000 description 2
- 239000013626 chemical specie Substances 0.000 description 2
- 230000002596 correlated effect Effects 0.000 description 2
- 230000001066 destructive effect Effects 0.000 description 2
- 238000010494 dissociation reaction Methods 0.000 description 2
- 230000005593 dissociations Effects 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 230000003071 parasitic effect Effects 0.000 description 2
- 102000004196 processed proteins & peptides Human genes 0.000 description 2
- 108090000765 processed proteins & peptides Proteins 0.000 description 2
- 238000010926 purge Methods 0.000 description 2
- 239000012855 volatile organic compound Substances 0.000 description 2
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 150000001413 amino acids Chemical class 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 1
- 238000005253 cladding Methods 0.000 description 1
- 230000001427 coherent effect Effects 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 230000002950 deficient Effects 0.000 description 1
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 239000000284 extract Substances 0.000 description 1
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 1
- 150000004676 glycans Chemical class 0.000 description 1
- 230000036541 health Effects 0.000 description 1
- 238000012923 label-free technique Methods 0.000 description 1
- 239000003446 ligand Substances 0.000 description 1
- 239000002773 nucleotide Substances 0.000 description 1
- 125000003729 nucleotide group Chemical group 0.000 description 1
- 150000002482 oligosaccharides Polymers 0.000 description 1
- 238000012634 optical imaging Methods 0.000 description 1
- 230000005693 optoelectronics Effects 0.000 description 1
- 229920000620 organic polymer Polymers 0.000 description 1
- 239000002304 perfume Substances 0.000 description 1
- 229920001184 polypeptide Polymers 0.000 description 1
- 229920001282 polysaccharide Polymers 0.000 description 1
- 239000005017 polysaccharide Substances 0.000 description 1
- 230000001902 propagating effect Effects 0.000 description 1
- 108090000623 proteins and genes Proteins 0.000 description 1
- 102000004169 proteins and genes Human genes 0.000 description 1
- 230000004044 response Effects 0.000 description 1
- 230000002441 reversible effect Effects 0.000 description 1
- 238000007493 shaping process Methods 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/75—Systems in which material is subjected to a chemical reaction, the progress or the result of the reaction being investigated
- G01N21/77—Systems in which material is subjected to a chemical reaction, the progress or the result of the reaction being investigated by observing the effect on a chemical indicator
- G01N21/7703—Systems in which material is subjected to a chemical reaction, the progress or the result of the reaction being investigated by observing the effect on a chemical indicator using reagent-clad optical fibres or optical waveguides
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
- G01N21/41—Refractivity; Phase-affecting properties, e.g. optical path length
- G01N21/45—Refractivity; Phase-affecting properties, e.g. optical path length using interferometric methods; using Schlieren methods
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
- G01N21/1717—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated with a modulation of one or more physical properties of the sample during the optical investigation, e.g. electro-reflectance
- G01N2021/1731—Temperature modulation
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
- G01N21/41—Refractivity; Phase-affecting properties, e.g. optical path length
- G01N21/45—Refractivity; Phase-affecting properties, e.g. optical path length using interferometric methods; using Schlieren methods
- G01N2021/458—Refractivity; Phase-affecting properties, e.g. optical path length using interferometric methods; using Schlieren methods using interferential sensor, e.g. sensor fibre, possibly on optical waveguide
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/75—Systems in which material is subjected to a chemical reaction, the progress or the result of the reaction being investigated
- G01N21/77—Systems in which material is subjected to a chemical reaction, the progress or the result of the reaction being investigated by observing the effect on a chemical indicator
- G01N2021/7769—Measurement method of reaction-produced change in sensor
- G01N2021/7779—Measurement method of reaction-produced change in sensor interferometric
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
Abstract
L’invention porte sur un procédé de caractérisation d’analytes au moyen d’un nez électronique de type interférométrique, comportant les étapes suivantes : exposer la surface fonctionnalisée 4 au milieu gazeux contenant les analytes, laquelle présente une température initiale au plus égale à T1, de sorte qu’elle présente un état initial adsorbé ;générer une augmentation de la température de la surface fonctionnalisée 4 jusqu’à au moins T2, de sorte qu’elle présente un état final désorbé ;mesurer le signal optique transmis par l’interféromètre 12 ;déterminer une différence de phase extraite φ(k)(t), puis une différence de phase dépliée Φ(k)(t), et enfin des valeurs initiale Φ(k)i et finale Φ(k)f permettant ainsi de caractériser les analytes. Figure : fig. 5AThe invention relates to a method for characterizing analytes using an electronic nose of the interferometric type, comprising the following steps: exposing the functionalized surface 4 to the gaseous medium containing the analytes, which has an initial temperature at most equal to T1 , so that it presents an initial adsorbed state; generate an increase in the temperature of the functionalized surface 4 up to at least T2, so that it presents a final desorbed state; measure the optical signal transmitted by the interferometer 12;determine an extracted phase difference φ(k)(t), then an unfolded phase difference Φ(k)(t), and finally initial values Φ(k)i and final values Φ(k)f thus allowing to characterize the analytes. Figure: Fig. 5A
Description
Le domaine de l’invention est celui de la caractérisation d’analytes présents dans un milieu gazeux par un nez électronique de type interférométrique.The field of the invention is that of the characterization of analytes present in a gaseous medium by an electronic nose of the interferometric type.
La capacité d’analyser et de caractériser des analytes présents dans un environnement gazeux ou contenus dans un milieu gazeux, tels que par exemple des molécules odorantes ou des composés organiques volatils, est une problématique de plus en plus importante, notamment dans les domaines de la santé, de l’industrie agroalimentaire, de l’industrie de la parfumerie (senteurs), voire du confort olfactif dans les endroits confinés publics ou privés (automobile, hôtellerie, lieux partagés…), etc… La caractérisation de tels analytes présents peut être effectuée par un système de caractérisation appelé « nez électronique ».The ability to analyze and characterize analytes present in a gaseous environment or contained in a gaseous environment, such as for example odorous molecules or volatile organic compounds, is an increasingly important problem, particularly in the fields of health, the food industry, the perfume industry (scents), even olfactory comfort in public or private confined places (automobiles, hotels, shared places, etc.), etc. The characterization of such analytes present can be carried out by a characterization system called “electronic nose”.
Différentes approches de caractérisation existent, qui se distinguent entre elles notamment par la nécessité ou non d’avoir à « marquer » au préalable les analytes ou les récepteurs par un agent de révélation. A la différence par exemple de la détection par fluorescence qui nécessite d’avoir recours à de tels marqueurs, la détection utilisant l’imagerie par résonance plasmonique de surface (SPRi pourSurface Plasmon Resonance Imaging, en anglais), et celle utilisant un principe interférométrique, par exemple de type Mach-Zehnder (MZI, pourMach-Zehnder Interferometer, en anglais), sont des techniques dites sans marqueur (label free, en anglais).Different characterization approaches exist, which are distinguished from each other in particular by the necessity or not of having to “mark” the analytes or the receptors beforehand with a revealing agent. Unlike, for example, detection by fluorescence which requires the use of such markers, detection using surface plasmon resonance imaging (SPRi for Surface Plasmon Resonance Imaging , in English), and that using an interferometric principle , for example of the Mach-Zehnder type (MZI, for Mach-Zehnder Interferometer , in English), are so-called label free techniques.
Dans un nez électronique à technologie SPRi ou MZI, les analytes présents dans un milieu gazeux viennent interagir par adsorption/désorption avec des récepteurs situés dans un ou plusieurs sites sensibles d’une surface fonctionnalisée. Il s’agit de détecter en temps réel un signal optique associé à chacun des sites sensibles, représentatif de la variation temporelle de l’indice de réfraction local du fait des interactions d’adsorption/désorption des analytes avec les récepteurs. Dans le cadre de la technologie SPRi par exemple, on mesure en temps réel l’intensité des signaux optiques provenant des différents sites sensibles, ces signaux optiques étant une partie réfléchie d’un signal optique d’excitation émis par une source lumineuse. L’intensité de chaque signal optique détecté par un capteur optique est directement corrélée aux interactions d’adsorption/désorption des analytes avec les récepteurs.In an electronic nose with SPRi or MZI technology, the analytes present in a gaseous medium interact by adsorption/desorption with receptors located in one or more sensitive sites of a functionalized surface. This involves detecting in real time an optical signal associated with each of the sensitive sites, representative of the temporal variation of the local refractive index due to the adsorption/desorption interactions of the analytes with the receptors. As part of SPRi technology, for example, the intensity of optical signals coming from different sensitive sites is measured in real time, these optical signals being a reflected part of an optical excitation signal emitted by a light source. The intensity of each optical signal detected by an optical sensor is directly correlated to the adsorption/desorption interactions of the analytes with the receptors.
A ce titre, la
La
Un procédé de caractérisation consiste habituellement à acquérir et comparer des valeurs représentatives, pour chaque site sensible, d’un état physicochimique initial du site sensible où les récepteurs ne sont pas liés aux analytes, et d’un état physicochimique final où les récepteurs sont liés avec les analytes. La signature peut alors être formée de la différence entre ces valeurs initiale et finale pour chacun des sites sensibles. Un état physicochimique est donc un état d’un site sensible ou de la surface fonctionnalisée défini par la proportion de récepteurs liés aux analytes voire à d’autres espèces aptes à se lier aux récepteurs. Par proportion des récepteurs, on entend le rapport du nombre de récepteurs liés sur le nombre total de récepteurs du site sensible. Ainsi, un état physicochimique peut correspondre à un état stationnaire dit désorbé où les récepteurs ne sont pas liés aux analytes (ou à toute autre espèce chimique), par exemple une majorité des récepteurs, voire quasiment tous les récepteurs ne sont pas liés. A l’inverse, un état physicochimique dit adsorbé correspond à un état stationnaire où les récepteurs sont liés aux analytes (ou à toute autre espèce chimique), par exemple une majorité des récepteurs, voire quasiment tous les récepteurs sont liés. Ainsi, dans le cadre d’un procédé de caractérisation, on acquiert habituellement deux valeurs, à savoir une première valeur liée à un état physicochimique initial désorbé, et une deuxième valeur liée à un état physicochimique final adsorbé.A characterization process usually consists of acquiring and comparing values representative, for each sensitive site, of an initial physicochemical state of the sensitive site where the receptors are not linked to the analytes, and of a final physicochemical state where the receptors are linked with the analytes. The signature can then be formed from the difference between these initial and final values for each of the sensitive sites. A physicochemical state is therefore a state of a sensitive site or functionalized surface defined by the proportion of receptors linked to the analytes or even to other species capable of binding to the receptors. By proportion of receptors is meant the ratio of the number of bound receptors to the total number of receptors at the sensitive site. Thus, a physicochemical state can correspond to a so-called desorbed stationary state where the receptors are not bound to the analytes (or to any other chemical species), for example a majority of the receptors, or even almost all the receptors are not bound. Conversely, a so-called adsorbed physicochemical state corresponds to a stationary state where the receptors are linked to the analytes (or to any other chemical species), for example a majority of the receptors, or even almost all the receptors are bound. Thus, as part of a characterization process, two values are usually acquired, namely a first value linked to an initial desorbed physicochemical state, and a second value linked to a final adsorbed physicochemical state.
A ce titre, la
Ainsi, un procédé de caractérisation comporte habituellement au moins deux phases successives d’exposition de la surface fonctionnalisée à des environnements gazeux différents, à savoir une première phase Ph1 dite de référence où la surface fonctionnalisée est exposée à un gaz de référence ne contenant pas les analytes, puis une deuxième phase Ph2 dite de caractérisation où elle est exposée à un échantillon ou un environnement gazeux contenant les analytes, et enfin à une troisième phase Ph3 dite de purge où les analytes sont évacués par le renouvellement de l’environnement gazeux. Ainsi, on détermine les valeurs stationnaires des signaux utiles su(k)(t) lors des deux phases Ph1 et Ph2, à savoir les premières valeurs su(k)i(ici sensiblement nulles) représentatives de l’état physicochimique initial désorbé des sites sensibles, et les deuxièmes valeurs su(k)freprésentatives de l’état physicochimique final adsorbé des sites sensibles. La signature S correspond alors à l’ensemble des valeurs { su(k)f– su(k)i}1≤k≤Kdes K sites sensibles.Thus, a characterization process usually comprises at least two successive phases of exposure of the functionalized surface to different gas environments, namely a first so-called reference phase Ph1 where the functionalized surface is exposed to a reference gas not containing the analytes, then a second phase Ph2 called characterization where it is exposed to a sample or a gaseous environment containing the analytes, and finally to a third phase Ph3 called purging where the analytes are evacuated by the renewal of the gaseous environment. Thus, we determine the stationary values of the useful signals su (k) (t) during the two phases Ph1 and Ph2, namely the first values su (k)i (here substantially zero) representative of the initial physicochemical state desorbed from the sites sensitive, and the second su (k) f values representative of the final physicochemical state adsorbed from the sensitive sites. The signature S then corresponds to the set of values { su (k)f – su (k)i } 1≤k≤K of the K sensitive sites.
Cependant, comme on le voit, la qualité de la caractérisation dépend notamment du fait que les sites sensibles présentent initialement un état physicochimique effectivement désorbé d’une part, et que la surface fonctionnalisée présente une homogénéité entre les états physicochimiques des sites sensibles d’autre part. On comprend en effet que si l’un ou l’autre des sites sensibles présente un état physicochimique initial qui n’est pas réellement désorbé, c’est-à-dire dont la quantité de récepteurs disponibles est réduite comparée à celle des sites sensibles voisins, il va fournir une réponse en termes d’interaction avec les analytes qui n’est pas comparable à celles des autres sites sensibles. Cela conduit alors à une signature qui n’est plus caractéristique des analytes.However, as we see, the quality of the characterization depends in particular on the fact that the sensitive sites initially present an effectively desorbed physicochemical state on the one hand, and that the functionalized surface presents homogeneity between the physicochemical states of the sensitive sites on the other hand. go. We understand in fact that if one or the other of the sensitive sites presents an initial physicochemical state which is not really desorbed, that is to say whose quantity of available receptors is reduced compared to that of the sensitive sites neighbors, it will provide a response in terms of interaction with the analytes which is not comparable to those of other sensitive sites. This then leads to a signature that is no longer characteristic of the analytes.
Dans le cas d’une mesure de type SPRi, il est aisé de détecter une telle situation. En effet, l’état physicochimique initial d’un site sensible qui ne serait pas désorbé peut être facilement identifié en examinant les signaux de mesure (réflectivité %R(t) lors de la phase Ph1) acquis par le capteur d’image, dans la mesure où leurs valeurs sont directement représentatives de l’état physicochimique du site sensible considéré. Plus précisément, un site sensible dont l’état physicochimique n’est pas totalement désorbé présente une valeur de réflectivité %R(t) supérieure à celle d’un site sensible qui serait totalement désorbé.In the case of an SPRi type measurement, it is easy to detect such a situation. Indeed, the initial physicochemical state of a sensitive site which would not be desorbed can be easily identified by examining the measurement signals (reflectivity %R(t) during phase Ph1) acquired by the image sensor, in the extent that their values are directly representative of the physicochemical state of the sensitive site considered. More precisely, a sensitive site whose physicochemical state is not completely desorbed has a reflectivity value %R(t) higher than that of a sensitive site which would be completely desorbed.
En revanche, dans le cas d’une mesure de type interférométrique, il est plus délicat d’identifier un site sensible dont l’état physicochimique initial ne serait pas désorbé. En effet, comme l’indique Halir et al. dans l’article intituléDirect and Sensitive Phase Readout for Integrated Waveguide Sensors, Photonics Journal IEEE, vol. 5, no. 4, 2013, la puissance du signal optique reçu par le photodétecteur est une fonction sinusoïdale de la différence de phase entre les signaux parcourant les deux bras de l’interféromètre. Aussi, l’évolution temporelle de la différence de phase déterminée à partir de celle de la puissance optique détectée présente une indétermination modulo 2π qui ne permet pas de connaître l’état physicochimique effectif initial du site sensible.On the other hand, in the case of an interferometric type measurement, it is more difficult to identify a sensitive site whose initial physicochemical state would not be desorbed. Indeed, as indicated by Halir et al. in the article entitled Direct and Sensitive Phase Readout for Integrated Waveguide Sensors , Photonics Journal IEEE, vol. 5, no. 4, 2013, the power of the optical signal received by the photodetector is a sinusoidal function of the phase difference between the signals traveling through the two arms of the interferometer. Also, the temporal evolution of the phase difference determined from that of the detected optical power presents a modulo 2π indeterminacy which does not make it possible to know the initial effective physicochemical state of the sensitive site.
Il existe donc un besoin de disposer d’un nez électronique de type interférométrique et d’un procédé de caractérisation permettant de réduire voire d’écarter les risques de dégradation de la qualité de la caractérisation des analytes.There is therefore a need to have an electronic nose of the interferometric type and a characterization process making it possible to reduce or even eliminate the risks of deterioration in the quality of the characterization of the analytes.
L’invention a pour objectif de remédier au moins en partie aux inconvénients de l’art antérieur, et plus particulièrement de proposer un procédé de caractérisation au moyen d’un nez électronique de type interférométrique, permettant de réduire voire d’écarter les risques de dégradation de la qualité de la caractérisation des analytes, notamment en s’assurant que le ou les sites sensibles de la surface fonctionnalisée présentent, lors du procédé, un état physicochimique effectivement désorbé, et homogène.The invention aims to remedy at least in part the drawbacks of the prior art, and more particularly to propose a characterization method using an electronic nose of the interferometric type, making it possible to reduce or even eliminate the risks of degradation of the quality of the characterization of the analytes, in particular by ensuring that the sensitive site(s) of the functionalized surface present, during the process, an effectively desorbed and homogeneous physicochemical state.
Pour cela, un objet de l’invention est un procédé de caractérisation d’analytes présents dans un milieu gazeux, au moyen d’un nez électronique. Celui-ci comporte :
- une surface fonctionnalisée contenant au moins un site sensible ayant des récepteurs avec lesquels les analytes sont aptes à interagir par adsorption/désorption, le site sensible présentant un état physicochimique défini par une proportion des récepteurs liés aux analytes ;
- un dispositif de mesure, comportant : au moins un interféromètre présentant deux guides d’onde dont l’un forme un bras sensible à la surface duquel se situe le site sensible et l’autre un bras de référence, couplé à une source lumineuse ; et au moins un photodétecteur couplé à l’interféromètre ;
- une unité de traitement, connectée au photodétecteur ;
- un module thermique, adapté à générer une variation de température de la surface fonctionnalisée.
- a functionalized surface containing at least one sensitive site having receptors with which the analytes are able to interact by adsorption/desorption, the sensitive site presenting a physicochemical state defined by a proportion of the receptors linked to the analytes;
- a measuring device, comprising: at least one interferometer having two waveguides, one of which forms a sensitive arm on the surface of which the sensitive site is located and the other a reference arm, coupled to a light source; and at least one photodetector coupled to the interferometer;
- a processing unit, connected to the photodetector;
- a thermal module, adapted to generate a temperature variation of the functionalized surface.
Le procédé de caractérisation comporte les étapes suivantes :
- a) exposition de la surface fonctionnalisée au milieu gazeux contenant les analytes, la surface fonctionnalisée présentant une température initiale au plus égale à une première valeur T1prédéfinie, de sorte que la surface fonctionnalisée présente un état physicochimique initial dit adsorbé où la proportion des récepteurs liés aux analytes est égale à une valeur initiale pianon nulle ;
- b) génération par le module thermique d’une augmentation de température de la surface fonctionnalisée jusqu’à au moins une deuxième valeur T2prédéfinie, provoquant ainsi un changement d’état entre l’état physicochimique initial adsorbé et un état physicochimique final dit désorbé où la proportion des récepteurs liés aux analytes est égale à une valeur finale pfdinférieure à pia;
- c) mesure par le photodétecteur du signal optique transmis par l’interféromètre, au cours des étapes d’exposition et de génération de l’augmentation de température ;
- d) détermination par l’unité de traitement : d’une différence de phase dite extraite φ(k)(t) entre les signaux optiques circulant dans les guides d’onde, à partir du signal optique mesuré, dont les valeurs sont comprises dans un intervalle de largeur prédéfini ; puis d’une différence de phase dite dépliée Φ(k)(t), par dépliement de la différence de phase extraite φ(k)(t) en lui ajoutant un multiple entier positif ou négatif de la largeur d’intervalle ; puis de valeurs initiale Φ(k)iet finale Φ(k)fde la différence de phase dépliée Φ(k)(t), représentatives respectivement des états physicochimiques initial adsorbé et final désorbé de la surface fonctionnalisée ;
- e) caractérisation des analytes (2), à partir des valeurs initiale Φ(k)iet finale Φ(k)f.
- a) exposure of the functionalized surface to the gaseous medium containing the analytes, the functionalized surface having an initial temperature at most equal to a first predefined value T 1 , so that the functionalized surface presents an initial physicochemical state called adsorbed where the proportion of receptors linked to the analytes is equal to a non-zero initial value p ia ;
- b) generation by the thermal module of an increase in temperature of the functionalized surface up to at least a second predefined value T 2 , thus causing a change of state between the initial adsorbed physicochemical state and a final physicochemical state called desorbed where the proportion of receptors bound to the analytes is equal to a final value p fd less than p ia ;
- c) measurement by the photodetector of the optical signal transmitted by the interferometer, during the stages of exposure and generation of the temperature increase;
- d) determination by the processing unit: of a so-called extracted phase difference φ (k) (t) between the optical signals circulating in the waveguides, from the measured optical signal, the values of which are included in a predefined width interval; then a so-called unfolded phase difference Φ (k) (t), by unfolding the extracted phase difference φ (k) (t) by adding to it a positive or negative integer multiple of the interval width; then initial Φ (k)i and final Φ (k)f values of the unfolded phase difference Φ (k) (t), respectively representative of the initial adsorbed and final desorbed physicochemical states of the functionalized surface;
- e) characterization of the analytes (2), based on the initial Φ (k)i and final Φ (k)f values.
Certains aspects préférés, mais non limitatifs de ce procédé de caractérisation sont les suivants.Some preferred, but non-limiting, aspects of this characterization method are as follows.
La différence de température entre la première valeur T1et la deuxième valeur T2peut être au moins égale à 5°C. La première valeur T1peut être au plus égale à 25°C, et la deuxième valeur T2peut être au moins égale à 30°C. La première valeur T1peut être comprise entre 2°C et 25°C, et la deuxième valeur T2peut être comprise entre 30°C et 60°C.The temperature difference between the first value T 1 and the second value T 2 can be at least equal to 5°C. The first value T 1 can be at most equal to 25°C, and the second value T 2 can be at least equal to 30°C. The first value T 1 can be between 2°C and 25°C, and the second value T 2 can be between 30°C and 60°C.
Les étapes a) à e) peuvent être répétées de manière successive, la surface fonctionnalisée étant alors successivement exposée, à chaque nouvelle étape a), soit au même milieu gazeux en termes de type et de concentration d’analytes, soit à des milieux gazeux différents en termes de type et/ou de concentration d’analytes.Steps a) to e) can be repeated successively, the functionalized surface then being successively exposed, at each new step a), either to the same gaseous medium in terms of type and concentration of analytes, or to gaseous media different in terms of type and/or concentration of analytes.
L’invention porte également sur un nez électronique adapté à caractériser des analytes présents dans un milieu gazeux, pour la mise en œuvre du procédé de caractérisation selon l’une quelconque des caractéristiques précédentes. Le nez électronique comporte :
- une surface fonctionnalisée contenant au moins un site sensible ayant des récepteurs avec lesquels les analytes sont aptes à interagir par adsorption/désorption, le site sensible présentant un état physicochimique défini par une proportion des récepteurs liés aux analytes ;
- un dispositif de mesure, comportant : au moins un interféromètre présentant deux guides d’onde dont l’un forme un bras sensible à la surface duquel se situe le site sensible et l’autre un bras de référence, couplé à une source lumineuse ; et au moins un photodétecteur couplé à l’interféromètre ;
- une unité de traitement, connectée au photodétecteur, adaptée à déterminer : une différence de phase dite extraite φ(k)(t) entre les signaux optiques circulant dans les guides d’onde, à partir d’un signal optique mesuré par le photodétecteur, dont les valeurs sont comprises dans un intervalle de largeur prédéfini ; puis une différence de phase dite dépliée Φ(k)(t), par dépliement de la différence de phase extraite φ(k)(t) en lui ajoutant un multiple entier positif ou négatif de la largeur d’intervalle ; puis des valeurs initiale Φ(k)iet finale Φ(k)fde la différence de phase dépliée Φ(k)(t), représentatives respectivement d’états physicochimiques initial adsorbé et final désorbé de la surface fonctionnalisée, permettant ensuite de caractériser les analytes ;
- un module thermique adapté à générer une variation de température de la surface fonctionnalisée, provoquant ainsi un passage d’état entre l’état physicochimique initial adsorbé et l’état physicochimique final désorbé, à partir : d’une température initiale au plus égale à une première valeur T1prédéfinie pour laquelle la surface fonctionnalisée présente un état physicochimique initial adsorbé où une proportion des récepteurs liés aux analytes est égale à une valeur initiale pianon nulle ; à une température finale au moins égale à une deuxième valeur T2prédéfinie pour laquelle la surface fonctionnalisée présente un état physicochimique final désorbé où la proportion des récepteurs liés aux analytes est égale à une valeur finale pfdinférieure à pia.
- a functionalized surface containing at least one sensitive site having receptors with which the analytes are able to interact by adsorption/desorption, the sensitive site presenting a physicochemical state defined by a proportion of the receptors linked to the analytes;
- a measuring device, comprising: at least one interferometer having two waveguides, one of which forms a sensitive arm on the surface of which the sensitive site is located and the other a reference arm, coupled to a light source; and at least one photodetector coupled to the interferometer;
- a processing unit, connected to the photodetector, adapted to determine: a so-called extracted phase difference φ (k) (t) between the optical signals circulating in the waveguides, from an optical signal measured by the photodetector, whose values are included in a predefined width interval; then a so-called unfolded phase difference Φ (k) (t), by unfolding the extracted phase difference φ (k) (t) by adding to it a positive or negative integer multiple of the interval width; then initial Φ (k)i and final Φ (k)f values of the unfolded phase difference Φ (k) (t), respectively representative of initial adsorbed and final desorbed physicochemical states of the functionalized surface, then making it possible to characterize analytes;
- a thermal module adapted to generate a temperature variation of the functionalized surface, thus causing a change of state between the initial adsorbed physicochemical state and the final desorbed physicochemical state, from: an initial temperature at most equal to a first predefined value T 1 for which the functionalized surface has an initial adsorbed physicochemical state where a proportion of the receptors linked to the analytes is equal to a non-zero initial value p ia ; at a final temperature at least equal to a second predefined value T 2 for which the functionalized surface has a final desorbed physicochemical state where the proportion of receptors linked to the analytes is equal to a final value p fd less than p ia .
Le module thermique peut comporter une chaufferette qui s’étend en regard des bras de l’interféromètre.The thermal module may include a heater which extends opposite the arms of the interferometer.
La surface fonctionnalisée peut être située sur une première face d’un support où se situent les guides d’onde, la chaufferette étant disposée sur une deuxième face du support opposée à la première face, le support étant réalisé en un matériau thermiquement conducteur.The functionalized surface can be located on a first face of a support where the waveguides are located, the heater being arranged on a second face of the support opposite the first face, the support being made of a thermally conductive material.
Le dispositif de mesure peut comporter une pluralité d’interféromètres, la chaufferette s’étendant en regard des bras de tous lesdits interféromètres.The measuring device may include a plurality of interferometers, the heater extending opposite the arms of all said interferometers.
Le module thermique peut être adapté à augmenter la température de la surface fonctionnalisée à une température finale comprise entre 30°C et 60°C.The thermal module can be adapted to increase the temperature of the functionalized surface to a final temperature between 30°C and 60°C.
Le module thermique peut comporter une source électrique adaptée à appliquer à une chaufferette un signal électrique en échelon provoquant l’augmentation de température.The thermal module may include an electrical source adapted to apply to a heater a stepped electrical signal causing the temperature increase.
Le module thermique peut être adapté à provoquer l’augmentation de température de la température initiale à la température finale en une durée d’au plus 5 secondes.The thermal module may be adapted to cause the temperature to increase from the initial temperature to the final temperature in a period of not more than 5 seconds.
L’interféromètre peut être un interféromètre de Mach-Zehnder ou un interféromètre à anneau résonant.The interferometer can be a Mach-Zehnder interferometer or a resonant ring interferometer.
D'autres aspects, buts, avantages et caractéristiques de l’invention apparaîtront mieux à la lecture de la description détaillée suivante de formes de réalisation préférées de celle-ci, donnée à titre d'exemple non limitatif, et faite en référence aux dessins annexés sur lesquels :
la
la
la
la
la
la
la
la
la
la
la
la
la
La
la
la
la
la
EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS Other aspects, aims, advantages and characteristics of the invention will appear better on reading the following detailed description of preferred embodiments thereof, given by way of non-limiting example, and made with reference to the appended drawings. on which ones :
there
there
there
there
there
there
there
there
there
there
there
there
there
There
there
there
there
there
DETAILED DESCRIPTION OF PARTICULAR EMBODIMENTS
Sur les figures et dans la suite de la description, les mêmes références représentent les éléments identiques ou similaires. De plus, les différents éléments ne sont pas représentés à l’échelle de manière à privilégier la clarté des figures. Par ailleurs, les différents modes de réalisation et variantes ne sont pas exclusifs les uns des autres et peuvent être combinés entre eux. Sauf indication contraire, les termes « sensiblement », « environ », « de l’ordre de » signifient à 10% près, et de préférence à 5% près. Par ailleurs, les termes « compris entre … et … » et équivalents signifient que les bornes sont incluses, sauf mention contraire.In the figures and in the remainder of the description, the same references represent identical or similar elements. In addition, the different elements are not represented to scale so as to favor the clarity of the figures. Furthermore, the different embodiments and variants are not exclusive of each other and can be combined with each other. Unless otherwise indicated, the terms “substantially”, “approximately”, “of the order of” mean to the nearest 10%, and preferably to the nearest 5%. Furthermore, the terms “between… and…” and equivalents mean that the limits are included, unless otherwise stated.
L’invention porte d’une manière générale sur la caractérisation d’analytes présents dans un échantillon gazeux ou dans un milieu gazeux à analyser. La caractérisation est effectuée au moyen d’un nez électronique de type interférométrique, lequel comportea minima: une surface fonctionnalisée comportant au moins un site sensible où se situent des récepteurs ; un dispositif de mesure comportant une source lumineuse, au moins un interféromètre comportant deux guides d’onde qui forment un bras sensible et un bras de référence, au moins un photodétecteur ; et une unité de traitement. Il comporte également un module thermique adapté à générer une augmentation de la température de la surface fonctionnalisée, provoquant ainsi un changement d’état du ou des sites sensibles, à savoir le passage d’un état physicochimique initial dit adsorbé Eiaoù des récepteurs sont liés aux analytes, à un état physicochimique final dit désorbé Efdoù au moins une partie de ces récepteurs n’est plus liée aux analytes. La caractérisation des analytes est alors effectuée à partir de valeurs initiale Φ(k)iet finale Φ(k)fde la différence de phase dépliée Φ(k)(t) associées respectivement à l’état initial adsorbé Eiaet à l’état final désorbé Efd.The invention generally relates to the characterization of analytes present in a gaseous sample or in a gaseous medium to be analyzed. The characterization is carried out using an electronic nose of the interferometric type, which comprises at least : a functionalized surface comprising at least one sensitive site where receptors are located; a measuring device comprising a light source, at least one interferometer comprising two waveguides which form a sensitive arm and a reference arm, at least one photodetector; and a processing unit. It also includes a thermal module adapted to generate an increase in the temperature of the functionalized surface, thus causing a change of state of the sensitive site(s), namely the transition from an initial physicochemical state called adsorbed E ia where receptors are linked to the analytes, to a final physicochemical state called desorbed E fd where at least part of these receptors is no longer linked to the analytes. The characterization of the analytes is then carried out from initial Φ (k)i and final Φ (k)f values of the unfolded phase difference Φ (k) (t) associated respectively with the initial adsorbed state E ia and with the final desorbed state E fd .
Dans l’état physicochimique initial adsorbé Eia, le site sensible présente une certaine proportion de ses récepteurs qui sont liés aux analytes, égale à une valeur initiale pianon nulle, voire, de manière équivalente, une certaine quantité de récepteurs liés aux analytes. La proportion p des récepteurs liés aux analytes est le rapport de la quantité des récepteurs alors liés aux analytes sur la quantité totale des récepteurs du site sensible. La proportion initiale piapeut être égale à 20%, 30%, 50%, 80%, voire 100% environ, de la quantité totale de récepteurs du site sensible. Par ailleurs, dans l’état physicochimique final désorbé Efd, le site sensible présente une proportion des récepteurs liés aux analytes égale à une valeur finale pfd, voire une quantité de récepteurs liés aux analytes. Cette proportion finale pfdest inférieure à la valeur initiale piapuisqu’il y a eu désorption des analytes. Elle peut être égale à 80%, 50%, 30%, 20% de la valeur initiale pia, voire être égale à 0% environ de piace qui correspond à ce qu’aucun des récepteurs du site sensible n’est lié aux analytes. Les états initial Eiaet final Efdsont de préférence des états stationnaires (mais peuvent ne pas l’être). Par état stationnaire, on entend que la variation relative du signal de mesure issu du photodétecteur, entre deux instants de mesure successifs, est inférieure à une valeur seuil prédéfinie, par exemple égale à 10% voire à 5%.In the initial adsorbed physicochemical state E ia , the sensitive site presents a certain proportion of its receptors which are linked to the analytes, equal to a non-zero initial value p ia , or even, equivalently, a certain quantity of receptors linked to the analytes . The proportion p of receptors bound to analytes is the ratio of the quantity of receptors then bound to analytes to the total quantity of receptors at the sensitive site. The initial proportion p ia can be equal to approximately 20%, 30%, 50%, 80%, or even 100%, of the total quantity of receptors of the sensitive site. Furthermore, in the final desorbed physicochemical state E fd , the sensitive site presents a proportion of receptors linked to the analytes equal to a final value p fd , or even a quantity of receptors linked to the analytes. This final proportion p fd is lower than the initial value p ia since there has been desorption of the analytes. It can be equal to 80%, 50%, 30%, 20% of the initial value p ia , or even be equal to approximately 0% of p ia which corresponds to the fact that none of the receptors of the sensitive site are linked to the analytes. The initial states E ia and final states E fd are preferably stationary states (but may not be). By steady state, we mean that the relative variation of the measurement signal coming from the photodetector, between two successive measurement instants, is less than a predefined threshold value, for example equal to 10% or even 5%.
Le nez électronique selon l’invention permet ainsi d’améliorer la qualité de la caractérisation, dans la mesure où les valeurs initiale Φ(k)iet finale Φ(k)fsont associées à des états initial et final qui sont effectivement des états adsorbé et désorbé, alors même que la différence de phase extraite φ(k)(t) présente toujours une indétermination modulo 2π. Il autorise également l’utilisation d’un dispositif fluidique simplifié de gestion fluidique, voire peut fonctionner sans aucun dispositif fluidique. Ainsi, il n’est plus nécessaire d’utiliser un dispositif fluidique dédié à la phase de purge assurant la désorption des analytes.The electronic nose according to the invention thus makes it possible to improve the quality of the characterization, to the extent that the initial Φ (k)i and final Φ (k)f values are associated with initial and final states which are effectively states adsorbed and desorbed, even though the extracted phase difference φ (k) (t) always presents an indeterminacy modulo 2π. It also allows the use of a simplified fluidic device for fluidic management, or can even operate without any fluidic device. Thus, it is no longer necessary to use a fluidic device dedicated to the purging phase ensuring the desorption of the analytes.
D’une manière générale, par caractérisation on entend l’obtention d’informations représentatives des interactions des analytes contenus dans le milieu gazeux avec les récepteurs du ou des sites sensibles de la surface fonctionnalisée du nez électronique. Les interactions en question ici sont des évènements d’adsorption et/ou de désorption des analytes avec les récepteurs. Ces informations forment ainsi un motif d’interaction, autrement dit une « signature » des analytes, ce motif pouvant être représenté par exemple sous forme d’histogramme ou d’un diagramme en radar. Plus précisément, dans le cas où le nez électronique comporte K sites sensibles distincts, le motif d’interaction est formé par les K informations représentatives scalaires ou vectorielles, celles-ci étant issues du signal de mesure associé au site sensible considéré associé à un état initial ici adsorbé et à un état final ici désorbé.Generally speaking, by characterization we mean obtaining information representative of the interactions of the analytes contained in the gaseous medium with the receptors of the sensitive site(s) of the functionalized surface of the electronic nose. The interactions in question here are adsorption and/or desorption events of the analytes with the receptors. This information thus forms an interaction pattern, in other words a “signature” of the analytes, this pattern can be represented for example in the form of a histogram or a radar diagram. More precisely, in the case where the electronic nose comprises K distinct sensitive sites, the interaction pattern is formed by the K scalar or vector representative information, this coming from the measurement signal associated with the sensitive site considered associated with a state initial here adsorbed and to a final state here desorbed.
Les analytes sont des éléments destinés à être caractérisés par le nez électronique, et sont présents dans un milieu gazeux. Ils peuvent être, à titre illustratif, des molécules organiques ou inorganiques volatiles, des molécules d’eau, entre autres. Par ailleurs, les récepteurs (ligands, en anglais) sont des éléments fixés aux sites sensibles et qui présentent une capacité d’interaction avec les analytes, bien que les affinités chimique et/ou physique entre les analytes et les récepteurs ne soient pas nécessairement connues. Les récepteurs des différents sites sensibles présentent de préférence des propriétés physico-chimiques différentes, qui impactent leur capacité à interagir avec les analytes. Il peut s’agir, à titre d’exemples, des acides aminés, des peptides, des nucléotides, des polypeptides, des protéines, des polymères organiques, les oligo- ou polysaccharides, entre autres. Les analytes et les récepteurs sont choisis de sorte que les analytes puissent être désorbés lors d’une augmentation de température de la surface fonctionnalisée commandée par un module thermique du nez électronique.Analytes are elements intended to be characterized by the electronic nose, and are present in a gaseous medium. They can be, by way of illustration, volatile organic or inorganic molecules, water molecules, among others. Furthermore, the receptors ( ligands , in English) are elements fixed to sensitive sites and which have a capacity to interact with the analytes, although the chemical and/or physical affinities between the analytes and the receptors are not necessarily known. . The receptors of different sensitive sites preferably have different physicochemical properties, which impact their ability to interact with analytes. These may be, for example, amino acids, peptides, nucleotides, polypeptides, proteins, organic polymers, oligo- or polysaccharides, among others. The analytes and the receptors are chosen so that the analytes can be desorbed upon an increase in temperature of the functionalized surface controlled by a thermal module of the electronic nose.
Les figures 2A à 2C sont des vues schématiques et partielles d’un nez électronique 1 conventionnel de type interférométrique. Il comporte une surface fonctionnalisée 4, un dispositif de mesure 10 comportant au moins un interféromètre 12 couplé à une source lumineuse 11 et à au moins un photodétecteur, et une unité de traitement 5. L’unité de traitement 5 est adaptée à déterminer, à partir de l’intensité ou de la puissance du signal optique reçu par le photodétecteur, la différence de phase dite extraite φ(k)(t) puis la différence de phase dite dépliée Φ(k)(t), et ensuite à caractériser les analytes 2. Dans cet exemple, le nez électronique 1 comporte plusieurs interféromètres 12, référencés par l’indice k allant de 1 à K>1. Il s’agit ici d’interféromètres de Mach-Zehnder, mais il peut également s’agir d’interféromètres à anneau résonant.Figures 2A to 2C are schematic and partial views of a conventional electronic nose 1 of the interferometric type. It comprises a functionalized surface 4, a measuring device 10 comprising at least one interferometer 12 coupled to a light source 11 and to at least one photodetector, and a processing unit 5. The processing unit 5 is adapted to determine, to from the intensity or power of the optical signal received by the photodetector, the so-called extracted phase difference φ (k) (t) then the so-called unfolded phase difference Φ (k) (t), and then to characterize the analytes 2. In this example, the electronic nose 1 comprises several interferometers 12, referenced by the index k ranging from 1 to K>1. These are Mach-Zehnder interferometers, but they can also be resonant ring interferometers.
Les interféromètres 12 sont ici réalisés dans une puce photonique contenant un circuit photonique intégré, réalisé par exemple à base de silicium. La source lumineuse 11 et les photodétecteurs 16 peuvent être situés sur ou dans la puce photonique, ou peuvent être déportés et couplés à celle-ci par des coupleurs optiques (réseaux de diffraction…). De même, l’unité de traitement 5 peut être située dans ou sur la puce photonique, ou être déportée.The interferometers 12 are here made in a photonic chip containing an integrated photonic circuit, made for example from silicon. The light source 11 and the photodetectors 16 can be located on or in the photonic chip, or can be offset and coupled to it by optical couplers (diffraction gratings, etc.). Likewise, the processing unit 5 can be located in or on the photonic chip, or be remote.
Le nez électronique 1 comporte une surface fonctionnalisée 4 comportant d’au moins un site sensible, et ici une pluralité K de sites sensibles. Les sites sensibles sont des surfaces situées au niveau des bras sensibles 14s des interféromètres 12, et comportent des récepteurs 3 aptes à interagir avec les analytes 2 à caractériser. Ils peuvent être distincts les uns des autres dans le sens où ils comportent des récepteurs 3 différents d’un site sensible à l’autre en termes d’affinité physicochimique vis-à-vis des analytes 2 à caractériser, et sont donc destinés à fournir une information d’interaction différente d’un site sensible à l’autre. Les sites sensibles forment différentes zones de la surface fonctionnalisée 4. Le nez électronique 1 peut en outre comporter plusieurs sites sensibles identiques en termes d’affinité physicochimique, dans le but par exemple de détecter une éventuelle dérive de mesure et/ou de permettre l’identification d’un site sensible défectueux.The electronic nose 1 comprises a functionalized surface 4 comprising at least one sensitive site, and here a plurality K of sensitive sites. The sensitive sites are surfaces located at the sensitive arms 14s of the interferometers 12, and include receptors 3 capable of interacting with the analytes 2 to be characterized. They can be distinct from each other in the sense that they include receptors 3 that are different from one sensitive site to another in terms of physicochemical affinity with respect to the analytes 2 to be characterized, and are therefore intended to provide different interaction information from one sensitive site to another. The sensitive sites form different zones of the functionalized surface 4. The electronic nose 1 can also include several identical sensitive sites in terms of physicochemical affinity, with the aim for example of detecting a possible measurement drift and/or allowing the identification of a defective sensitive site.
Dans cet exemple, le nez électronique 1 comporte un boîtier 21 qui délimite une chambre de mesure 20 avec la surface fonctionnalisée 4. Le boîtier 21 comporte une ouverture principale 22, située ici au-dessus et à la perpendiculaire de la surface fonctionnalisée 4. L’ouverture principale 22 peut être obturée, notamment pour protéger la surface fonctionnalisée 4 lors des phases de stockage du nez électronique 1. Bien entendu, ce boîtier 21 reste facultatif et peut donc être absent.In this example, the electronic nose 1 comprises a housing 21 which delimits a measuring chamber 20 with the functionalized surface 4. The housing 21 has a main opening 22, located here above and perpendicular to the functionalized surface 4. L The main opening 22 can be closed, in particular to protect the functionalized surface 4 during the storage phases of the electronic nose 1. Of course, this housing 21 remains optional and can therefore be absent.
La source lumineuse 11 est de préférence une source d’un signal continu et monochromatique, cohérent ou non, de longueur d’onde prédéfinie par exemple située dans le proche infrarouge. Elle peut être une source laser à cavité verticale émettant par la surface (VCSEL pourVertical Cavity Surface Emitting Laseren anglais), une source laser hybride de type III-V/Si, ou tout autre type de source laser. Il peut également s’agir d’une diode électroluminescente. La source lumineuse 11 est couplée optiquement à un guide d’onde d’entrée réalisée ici dans la puce photonique. Le guide d’onde d’entrée est couplé à un diviseur optique, qui divise le signal optique et l’oriente vers les K interféromètres 12 agencés ici en parallèle les uns aux autres.The light source 11 is preferably a source of a continuous and monochromatic signal, coherent or not, of predefined wavelength for example located in the near infrared. It can be a vertical cavity surface emitting laser source (VCSEL), a type III-V/Si hybrid laser source, or any other type of laser source. It can also be a light-emitting diode. The light source 11 is optically coupled to an input waveguide produced here in the photonic chip. The input waveguide is coupled to an optical divider, which divides the optical signal and directs it towards the K interferometers 12 arranged here in parallel to each other.
Chaque interféromètre 12 est ici de type de Mach-Zehnder, mais il pourrait être de type à anneau résonant. Comme l’illustrent les
Les interféromètres 12 comportent chacun un bras sensible 14s à la surface duquel des récepteurs 3 sont disposés pour former un site sensible, l’autre bras ne comportant pas de récepteurs 3 et forme le bras de référence 14r. Le guide d’onde du bras sensible 14s (matériau de haut indice de réfraction) est situé à une profondeur de la surface fonctionnalisée 4, donc des récepteurs 3, telle que le signal optique (mode guidé) s’y propageant présente un indice effectif qui dépend de la quantité d’analytes 2 liés aux récepteurs 3 du site sensible.The interferometers 12 each comprise a sensitive arm 14s on the surface of which receptors 3 are arranged to form a sensitive site, the other arm not comprising receptors 3 and forms the reference arm 14r. The waveguide of the sensitive arm 14s (material with a high refractive index) is located at a depth of the functionalized surface 4, therefore of the receivers 3, such that the optical signal (guided mode) propagating there presents an effective index which depends on the quantity of analytes 2 bound to receptors 3 of the sensitive site.
Rappelons que l’indice effectif d’une mode guidé est défini comme le produit de la constante de propagation β et de λ/2π, λ étant la longueur d’onde du signal optique. La constante de propagation β dépend de la longueur d’onde λ et du mode du signal optique, ainsi que des propriétés du guide d’onde (indices de réfraction et géométrie). L’indice effectif du mode correspond, d’une certaine manière, à l’indice de réfraction du guide d’onde ‘vu’ par le mode optique. Il est habituellement compris entre l’indice du cœur et l’indice de la gaine du guide d’onde. On comprend donc que la quantité d’analytes 2 adsorbés dans le site sensible modifient les propriétés du mode optique et/ou du guide d’onde, notamment la phase du mode guidé.Recall that the effective index of a guided mode is defined as the product of the propagation constant β and λ/2π, λ being the wavelength of the optical signal. The propagation constant β depends on the wavelength λ and the mode of the optical signal, as well as the properties of the waveguide (refractive indices and geometry). The effective mode index corresponds, in some way, to the refractive index of the waveguide ‘seen’ by the optical mode. It is usually between the core index and the waveguide cladding index. We therefore understand that the quantity of analytes 2 adsorbed in the sensitive site modify the properties of the optical mode and/or the waveguide, in particular the phase of the guided mode.
Il en résulte donc que la présence d’analytes 2 adsorbés sur le site sensible du bras sensible 14s modifie les propriétés du mode guidé le parcourant, et entraîne plus précisément une modification de la phase du mode guidé, alors que la phase du mode guidé parcourant le bras de référence 14r n’est sensiblement pas modifiée. La différence de phase entre les signaux reçus par le coupleur de sortie 15 se traduit par une modification de l’intensité du signal optique recombiné et détecté par le photodétecteur 16, du fait d’interférences constructives ou destructives entre les signaux optiques circulant dans les deux bras 14s, 14r.It therefore follows that the presence of analytes 2 adsorbed on the sensitive site of the sensitive arm 14s modifies the properties of the guided mode traveling through it, and more precisely causes a modification of the phase of the guided mode, while the phase of the guided mode traveling through the reference arm 14r is not substantially modified. The phase difference between the signals received by the output coupler 15 results in a modification of the intensity of the optical signal recombined and detected by the photodetector 16, due to constructive or destructive interference between the optical signals circulating in the two arms 14s, 14r.
Chaque interféromètre 12 est couplé à au moins un photodétecteur 16. Celui-ci mesure la valeur de l’intensité ou de la puissance du signal optique de sortie, à chaque instant de mesure, et transmet cette information à l’unité de traitement 5. Selon une approche (non représentée), chaque interféromètre 12 est couplé à un coupleur multimode 2x3 (MMI, pourMulti Mode Interference, en anglais), les signaux optiques de sortie étant alors déphasés de 2π/3 et détectés par des photodétecteurs 16. Les puissances de ces trois signaux optiques de sortie sont notées ici P1, P2et P3, et la composante en phase notée I (commeIn-phase, en anglais) est calculée telle que : I = 2×P2- P1– P3, ainsi que la composante Q en quadrature de phase par rapport à la composante I : Q = √3×(P1-P3). La différence de phase extraite φ est ensuite calculée telle que φ=arctan(Q/I). Ses valeurs sont donc bien comprises dans un intervalle tel que [-π ; +π], alors que la différence de phase effective Φ(t) peut prendre n’importe quelle valeur. D’autres approches sont possibles, par exemple en utilisant un coupleur multimode 2x4 où les quatre signaux optiques de sortie sont déphasés de π/2. On peut également utiliser un coupleur 2x1, où l’intensité peut être corrélée avec la phase de façon non ambiguë sur un intervalle [0 ; π], avec 0 correspondant à l’intensité maximale et π à l’intensité minimale.Each interferometer 12 is coupled to at least one photodetector 16. This measures the value of the intensity or power of the optical output signal, at each measurement instant, and transmits this information to the processing unit 5. According to one approach (not shown), each interferometer 12 is coupled to a 2x3 multimode coupler (MMI, for Multi Mode Interference , in English), the optical output signals then being phase shifted by 2π/3 and detected by photodetectors 16. powers of these three optical output signals are denoted here P 1 , P 2 and P 3 , and the in-phase component denoted I (like In-phase , in English) is calculated as: I = 2×P 2 - P 1 – P 3 , as well as the Q component in phase quadrature with respect to the I component: Q = √3×(P 1 -P 3 ). The extracted phase difference φ is then calculated such that φ=arctan(Q/I). Its values are therefore well understood in an interval such as [-π; +π], while the effective phase difference Φ(t) can take any value. Other approaches are possible, for example using a 2x4 multimode coupler where the four optical output signals are phase shifted by π/2. We can also use a 2x1 coupler, where the intensity can be correlated with the phase unambiguously over an interval [0; π], with 0 corresponding to the maximum intensity and π to the minimum intensity.
L’unité de traitement 5 permet la mise en œuvre des opérations de traitement décrites par la suite dans le cadre du procédé de caractérisation. Elle peut comporter au moins un microprocesseur et au moins une mémoire. Elle est connectée au dispositif de mesure 10, et plus précisément aux photodétecteurs 16. Elle comporte un processeur programmable apte à exécuter des instructions enregistrées sur un support d’enregistrement d’informations. Elle comporte en outre au moins une mémoire contenant les instructions nécessaires à la mise en œuvre du procédé de caractérisation. La mémoire est également adaptée à stocker les informations calculées à chaque instant de mesure. L’unité de traitement 5 est adaptée à déterminer la différence de phase extraite φ(k)(t) à partir du signal optique reçu par le ou les photodétecteurs 16, à en déduire la différence de phase dépliée Φ(k)(t) ainsi que les valeurs initiale Φ(k)i(associée à l’état physicochimique initial adsorbé Eia) et finale Φ(k)f(associée à l’état physicochimique final désorbé Efd), puis à déterminer la signature S = { Φ(k)f– Φ(k)i}1≤k≤K.The processing unit 5 allows the implementation of the processing operations described below as part of the characterization process. It may include at least one microprocessor and at least one memory. It is connected to the measuring device 10, and more precisely to the photodetectors 16. It includes a programmable processor capable of executing instructions recorded on an information recording medium. It further comprises at least one memory containing the instructions necessary for implementing the characterization process. The memory is also suitable for storing the information calculated at each measurement instant. The processing unit 5 is adapted to determine the extracted phase difference φ (k) (t) from the optical signal received by the photodetector(s) 16, to deduce the unfolded phase difference Φ (k) (t) as well as the initial values Φ (k)i (associated with the initial adsorbed physicochemical state E ia ) and final Φ (k)f (associated with the final desorbed physicochemical state E fd ), then to determine the signature S = { Φ (k)f – Φ (k)i } 1≤k≤K .
La
Comme indiqué précédemment, la puissance du signal optique de sortie varie de manière périodique, et plus précisément de manière sinusoïdale, en fonction de la différence de phase entre les signaux optiques parcourant le bras sensible 14s et le bras de référence 14r de l’interféromètre 12. Comme les méthodes d’extraction de phase utilisent généralement une fonction trigonométrique inverse telle qu’un arc-tangente, la différence de phase extraite φ(k)(t) présente alors des valeurs modulo 2π.As indicated previously, the power of the optical output signal varies periodically, and more precisely sinusoidally, as a function of the phase difference between the optical signals traveling through the sensitive arm 14s and the reference arm 14r of the interferometer 12 As phase extraction methods generally use an inverse trigonometric function such as an arc-tangent, the extracted phase difference φ (k) (t) then has values modulo 2π.
En référence à la
En référence à la
Il convient alors de corriger l’évolution temporelle de la différence de phase extraite φ(k)par l’ajout d’un multiple entier positif ou négatif de la largeur 2π de l’intervalle [-π ;+π], noté m(ti)×2π, où m(ti) est un entier positif ou négatif. Ce dernier est un incrément qui varie d’une unité +1 ou -1 à chaque discontinuité de la différence de phase extraite φ(k)(ti). Cette opération de correction de la différence de phase extraite φ(k)(t) est habituellement appelée dépliement de phase ou déroulement de phase (phase unwrapping, en anglais). Elle permet d’obtenir une différence de phase dépliée Φ(k)dont les valeurs ne sont plus comprises dans l’intervalle en question, et qui est alors effectivement représentative de la différence de phase effective.It is then appropriate to correct the temporal evolution of the extracted phase difference φ (k) by adding a positive or negative integer multiple of the width 2π of the interval [-π ;+π], denoted m( t i )×2π, where m(t i ) is a positive or negative integer. The latter is an increment which varies by one unit +1 or -1 at each discontinuity of the extracted phase difference φ (k) (t i ). This operation of correcting the extracted phase difference φ (k) (t) is usually called phase unfolding or phase unwrapping . It makes it possible to obtain an unfolded phase difference Φ (k) whose values are no longer included in the interval in question, and which is then effectively representative of the effective phase difference.
Le procédé de détection comporte donc une phase de dépliement 30, formée d’une étape 31 de calcul d’une variation instantanée δφ(k)(ti) = φ(k)(ti) – φ(k)(ti-1) de la différence de phase extraite φ(k)entre deux instants de mesure successifs, puis d’une étape 32 de détermination de l’incrément m(ti). Lors de cette étape, on compare la valeur de cette variation instantanée δφ(k)(ti) à une valeur seuil S1 prédéfinie, par exemple à π environ, pour ajouter ou non une unité positive ou négative à l’incrément m(ti-1). Enfin, lors d’une étape 33, on détermine la différence de phase dépliée Φ(k)(ti) par ajout à la différence de phase extraite φ(k)(ti) du multiple de 2π, soit m(ti)×2π.The detection method therefore comprises an unfolding phase 30, formed by a step 31 of calculating an instantaneous variation δφ (k) (t i ) = φ (k) (t i ) – φ (k) (t i -1 ) of the extracted phase difference φ (k) between two successive measurement instants, then a step 32 of determining the increment m(t i ). During this step, the value of this instantaneous variation δφ (k) (t i ) is compared to a predefined threshold value S1, for example approximately π, to add or not a positive or negative unit to the increment m(t i-1 ). Finally, during a step 33, the unfolded phase difference Φ (k) (t i ) is determined by adding to the extracted phase difference φ (k) (t i ) the multiple of 2π, i.e. m(t i )×2π.
Ensuite, dans le cadre d’un procédé de caractérisation conventionnel comme celui décrit en référence à la
Cependant, comme indiqué plus haut, la signature obtenue peut ne pas être représentative des analytes 2 lorsque l’état physicochimique initial de l’un ou l’autre des sites sensibles n’est pas réellement désorbé, rendant ainsi la surface fonctionnalisée 4 hétérogène en termes d’état physicochimique. A ce titre, les figures 4A à 4C illustrent le fait qu’il peut ne pas être possible, avec un nez électronique 1 interférométrique conventionnel du type de celui de la
Ainsi, la
En référence à la
Puis, lors de la deuxième phase Ph2 de caractérisation, la surface fonctionnalisée 4 est exposée à un milieu gazeux contenant les analytes 2. Ces derniers viennent se lier par adsorption aux récepteurs 3, ce qui augmente la différence de chemin optique entre les deux bras de l’interféromètre 12 et donc la différence de phase entre les deux signaux optiques guidés. La différence de phase extraite φ(t) augmente alors jusqu’à atteindre le seuil supérieur +π, présente une discontinuité de -2π, puis augmente, et ainsi de suite jusqu’à atteindre une valeur finale stationnaire représentative d’un état physicochimique stationnaire final de type adsorbé. L’unité de traitement 5 détermine ensuite la différence de phase dépliée Φ(t) à partir de l’évolution de la différence de phase extraite φ(t), comme décrit précédemment en référence à l’organigramme de la
En référence à la
Supposons maintenant, en référence à la
Lors de la phase préalable Ph0, dans un premier temps, la différence de phase extraite φeff(t) reste constante, puis augmente à mesure que des espèces se lient aux les récepteurs 3, tout en restant comprise dans l’intervalle [-π ; +π], donc en montrant plusieurs discontinuités de -2π. La différence de phase dépliée Φeff(t) augmente donc continûment (sans discontinuités) jusqu’à atteindre une valeur finale Φeff,f0stationnaire. Rappelons que ces interactions ont lieu avant le procédé de caractérisation et ne sont donc pas connues de l’utilisateur (l’unité de traitement 5 n’est pas active).During the preliminary phase Ph0, initially, the extracted phase difference φ eff (t) remains constant, then increases as species bind to the 3 receptors, while remaining within the interval [-π ; +π], therefore showing several discontinuities of -2π. The unfolded phase difference Φ eff (t) therefore increases continuously (without discontinuities) until reaching a stationary final value Φ eff,f0 . Remember that these interactions take place before the characterization process and are therefore not known to the user (processing unit 5 is not active).
Dans un second temps, le procédé de caractérisation est effectué, avec une première phase Ph1 de référence où la surface fonctionnalisée 4 est exposée au gaz de référence, puis avec la deuxième phase Ph2 de caractérisation où la surface fonctionnalisée 4 est exposée aux analytes 2. L’unité de traitement 5 détermine alors la différence de phase extraite φ(t) qui présente une évolution toujours contenue dans l’intervalle [-π ; +π], puis détermine la différence de phase dépliée Φ(t). La différence de phase φ(t) est initialement égale à la valeur φeff,f0puis augmente en restant comprise dans l’intervalle [-π ; +π], donc en présentant des discontinuités de -2π. La différence de phase dépliée Φ(t) varie alors d’une valeur initiale Φi(égale à φeff,f0) jusqu’à une valeur finale Φf. L’unité de traitement 5 détermine alors la signature S comme étant égale à ΔΦ = Φf- Φi.In a second step, the characterization process is carried out, with a first reference phase Ph1 where the functionalized surface 4 is exposed to the reference gas, then with the second characterization phase Ph2 where the functionalized surface 4 is exposed to the analytes 2. The processing unit 5 then determines the extracted phase difference φ(t) which presents an evolution always contained in the interval [-π; +π], then determines the unfolded phase difference Φ(t). The phase difference φ(t) is initially equal to the value φ eff,f0 then increases while remaining within the interval [-π; +π], therefore presenting discontinuities of -2π. The unfolded phase difference Φ(t) then varies from an initial value Φ i (equal to φ eff,f0 ) to a final value Φ f . The processing unit 5 then determines the signature S as being equal to ΔΦ = Φ f - Φ i .
Cependant, il apparaît que la différence de phase dépliée effective Φeff(t) présente une valeur Φefff0lors de la première phase Ph1 de référence qui est bien supérieure à la valeur Φidéterminée par l’unité de traitement 5. Autrement dit, l’unité de traitement 5 considère que l’état physicochimique initial du site sensible est un état désorbé, alors que ce n’est en fait pas le cas. Il s’ensuit que l’unité de traitement 5 va déterminer une signature S comme étant égale à ΔΦ, alors que la signature effective devrait être ΔΦeff. Cette erreur lors de la détermination de la signature vient de l’indétermination modulo 2π de la différence de phase extraite φ(t), qui conduit à une perte d’information sur l’état physicochimique effectif du site sensible lors de la première phase Ph1 de référence. Il ne paraît donc pas possible, dans le cas d’un tel procédé de caractérisation mettant en œuvre un nez électronique 1 de type interférométrique, d’identifier et d’écarter les valeurs erronées de signatures des sites sensibles.However, it appears that the effective unfolded phase difference Φ eff (t) has a value Φ efff0 during the first reference phase Ph1 which is much greater than the value Φ i determined by the processing unit 5. In other words, the processing unit 5 considers that the initial physicochemical state of the sensitive site is a desorbed state, when this is in fact not the case. It follows that the processing unit 5 will determine a signature S as being equal to ΔΦ, whereas the effective signature should be ΔΦ eff . This error when determining the signature comes from the indetermination modulo 2π of the extracted phase difference φ(t), which leads to a loss of information on the effective physicochemical state of the sensitive site during the first phase Ph1 reference. It therefore does not seem possible, in the case of such a characterization process using an electronic nose 1 of the interferometric type, to identify and rule out erroneous signature values of sensitive sites.
Les figures 5A à 5C sont des vues schématiques et partielles d’un nez électronique 1 de type interférométrique selon un mode de réalisation de l’invention, pour la mise en œuvre d’un procédé de caractérisation permettant d’obtenir une signature effectivement caractéristique des analytes 2. On évite en effet de tenir compte d’un état physicochimique ne serait pas totalement désorbé.Figures 5A to 5C are schematic and partial views of an electronic nose 1 of the interferometric type according to one embodiment of the invention, for the implementation of a characterization method making it possible to obtain a signature effectively characteristic of the analytes 2. In fact, we avoid taking into account a physicochemical state that would not be completely desorbed.
Le nez électronique 1 selon l’invention comporte une surface fonctionnalisée 4, un dispositif de mesure 10, et une unité de traitement 5 identiques ou similaires à ceux du nez électronique 1 selon les
Aussi, le procédé de caractérisation selon l’invention comporte deux phases successives au cours de laquelle les différences de phase extraite φ(k)(t) et dépliée Φ(k)(t) sont déterminées, à savoir une première phase Ph1 dite d’adsorption où la surface fonctionnalisée 4 est exposée aux analytes 2 jusqu'à ce que son état physicochimique atteigne l’état initial adsorbé Eia, puis une deuxième phase Ph2 dite désorption où on provoque la désorption des analytes 2 par l’augmentation de la température pour passer à l’état final désorbé Efd.Also, the characterization method according to the invention comprises two successive phases during which the differences in extracted phase φ (k) (t) and unfolded phase Φ (k) (t) are determined, namely a first phase Ph1 called d adsorption where the functionalized surface 4 is exposed to the analytes 2 until its physicochemical state reaches the initial adsorbed state E ia , then a second phase Ph2 called desorption where the desorption of the analytes 2 is caused by increasing the temperature to pass to the final desorbed state E fd .
Le module thermique 30 comporte dans cet exemple une source électrique 32 connectée à une piste résistive 31 (chaufferette) réalisée en un matériau électriquement conducteur. La chaufferette 31 s’étend ici en regard de la surface fonctionnalisée 4, et plus précisément des bras sensibles 14s des interféromètres 12. Elle est connectée à la source électrique 32 pour recevoir un signal électrique provoquant l’augmentation de la température par effet Joule.The thermal module 30 comprises in this example an electrical source 32 connected to a resistive track 31 (heater) made of an electrically conductive material. The heater 31 extends here facing the functionalized surface 4, and more precisely the sensitive arms 14s of the interferometers 12. It is connected to the electrical source 32 to receive an electrical signal causing the increase in temperature by the Joule effect.
Le support de mesure 23 et le support inférieur 24 sont réalisés en un matériau thermiquement conducteur. La chaufferette 31 est disposée en regard de la surface fonctionnalisée 4, au niveau de la face arrière du support inférieur 24. En variante, elle peut être située entre le support inférieur 24 et le support de mesure 23, auquel cas le support inférieur 24 n’a pas besoin d’être réalisé en un matériau thermiquement conducteur.The measuring support 23 and the lower support 24 are made of a thermally conductive material. The heater 31 is arranged facing the functionalized surface 4, at the level of the rear face of the lower support 24. Alternatively, it can be located between the lower support 24 and the measuring support 23, in which case the lower support 24 n It does not need to be made of a thermally conductive material.
Comme l’illustre la
La source électrique 32 est adaptée à appliquer à la chaufferette 31 un signal électrique, par exemple en échelon. Un signal électrique en échelon correspond à un signal électrique dont l’intensité passe d’une première valeur initiale à une deuxième valeur finale en une courte durée, ici inférieure ou égale à quelques secondes, de préférence en au plus 5 secondes. Ce signal électrique est ici adapté à provoquer par effet Joule une variation positive de température au niveau de la surface fonctionnalisée 4 et donc des sites sensibles, de sorte que leur température passe d’une valeur initiale inférieure ou égale à une première valeur seuil T1à une valeur finale supérieure ou égale à une deuxième valeur seuil T2. La différence entre les valeurs T1et T2peut être au moins égale à 5°C, et peut être de l’ordre de 20°C environ pour provoquer une désorption efficace des analytes d’une proportion importante des récepteurs. La valeur T1peut être comprise entre 2°C et 25°C, par exemple égale à 20°C, et la valeur T2peut être comprise entre 30°C et 60°C, par exemple égale à 50°C. Elle peut présenter une puissance électrique de quelques dizaines de watts, par exemple 0.5 à 2W. De préférence, la température lors de la deuxième phase est inférieure ou égale à 60oC, de manière à ne pas dégrader les propriétés physicochimiques des récepteurs 3. Cependant, le signal électrique peut ne pas être en échelon, et augmenter par exemple de manière continue voire par incréments successifs, entre autres.The electrical source 32 is adapted to apply an electrical signal, for example in step, to the heater 31. A stepped electrical signal corresponds to an electrical signal whose intensity passes from a first initial value to a second final value in a short duration, here less than or equal to a few seconds, preferably in at most 5 seconds. This electrical signal is here adapted to cause by Joule effect a positive variation in temperature at the level of the functionalized surface 4 and therefore of the sensitive sites, so that their temperature passes from an initial value less than or equal to a first threshold value T 1 to a final value greater than or equal to a second threshold value T 2 . The difference between the T 1 and T 2 values can be at least equal to 5°C, and can be of the order of approximately 20°C to cause effective desorption of the analytes from a significant proportion of the receptors. The value T 1 can be between 2°C and 25°C, for example equal to 20°C, and the value T 2 can be between 30°C and 60°C, for example equal to 50°C. It can have an electrical power of a few tens of watts, for example 0.5 to 2W. Preferably, the temperature during the second phase is less than or equal to 60 o C, so as not to degrade the physicochemical properties of the receptors 3. However, the electrical signal may not be in step, and increase for example by continues or even in successive increments, among others.
Les figures 6A à 6C illustrent des étapes d’un procédé de caractérisation selon un mode de réalisation, au moyen du nez électronique 1 illustré sur la
Comme indiqué précédemment, le procédé de caractérisation prévoit une phase d’adsorption Ph1 pendant laquelle on expose la surface fonctionnalisée 4 aux analytes 2, la température initiale étant inférieure ou égale à la première valeur T1; suivie d’une phase de désorption Ph2 où l’on provoque une désorption des analytes 2 au moyen d’une augmentation de la température jusqu’à au moins la deuxième valeur T2.As indicated previously, the characterization process provides for an adsorption phase Ph1 during which the functionalized surface 4 is exposed to the analytes 2, the initial temperature being less than or equal to the first value T 1 ; followed by a desorption phase Ph2 where a desorption of the analytes 2 is caused by means of an increase in the temperature to at least the second value T 2 .
En référence à la
Notons à cet égard que l’interaction entre un analyte A et un récepteur L est un phénomène réversible caractérisé par une constante d’adsorption ka(en mol-1.s-1) de l’analyte A au récepteur L pour former un composé analyte/récepteur LA (pourligand-analyte, en anglais), et par une constante de désorption kb(en s-1) correspondant à la dissociation du composé LA. Le ratio kd/kaforme la constante de dissociation d’équilibre kD(en mol) qui donne la valeur de la concentration cAdes analytes A permettant de saturer 50% des récepteurs L.Note in this regard that the interaction between an analyte A and a receptor L is a reversible phenomenon characterized by an adsorption constant k a (in mol -1.s -1 ) of the analyte A to the receptor L to form a analyte/receptor compound LA (for ligand-analyte , in English), and by a desorption constant k b (in s -1 ) corresponding to the dissociation of the compound LA. The ratio k d /k a forms the equilibrium dissociation constant k D (in mol) which gives the value of the concentration c A of the analytes A making it possible to saturate 50% of the L receptors.
Le régime stationnaire est atteint lorsque la concentration cLA(t) en composés LA est stationnaire dcLA/dt=0, c’est-à-dire lorsque le produit de la constante kaavec les concentrations des analytes cA(t) et de récepteurs cL(t) (nombre d’évènements d’adsorption) est égal au produit de la constante kdavec la concentration cLA(t) de composés LA (nombre d’évènements de désorption), autrement dit lorsque l’équation d’évolution suivante est vérifiée dcLA/dt = ka×cA×cL– kd×cLA= 0. La valeur maximale stationnaire du signal de mesure est proportionnelle à la concentration cA(t) des analytes A. La saturation des récepteurs L du site sensible, c’est-à-dire le fait que tous les récepteurs sont liés à des analytes, peut être atteinte lorsque la concentration cAen analytes A est suffisante, ce que l’on suppose être le cas ici.The steady state is reached when the concentration c LA (t) of compounds LA is stationary dc LA /dt=0, that is to say when the product of the constant k a with the concentrations of the analytes c A (t) and receptors c L (t) (number of adsorption events) is equal to the product of the constant k d with the concentration c LA (t) of compounds LA (number of desorption events), in other words when l The following evolution equation is verified dc LA /dt = k a ×c A ×c L – k d ×c LA = 0. The maximum stationary value of the measurement signal is proportional to the concentration c A (t) of the analytes A. Saturation of the L receptors of the sensitive site, that is to say the fact that all the receptors are bound to analytes, can be reached when the concentration c A of analytes A is sufficient, which is assumed be the case here.
En référence à la
Ensuite, la deuxième phase de désorption Ph2 est effectuée. Pour cela, la source électrique 32 applique un signal électrique à la chaufferette 31, ici un signal en échelon, de manière à provoquer une augmentation de température à au moins la deuxième valeur seuil T2, conduisant à la désorption des analytes 2 vis-à-vis des récepteurs 3. La proportion (ou la quantité) des récepteurs liés aux analytes passe alors de la valeur initiale pianon nulle, à la valeur finale pfdinférieure à pia. La valeur pfdpeut être égale ou proche de 0%. Le signal électrique présente un échelon positif de sorte qu’il passe de la valeur par exemple nulle à une valeur constante non nulle en une durée très courte, par exemple en 1s ou moins. La température T(t) passe ainsi rapidement de la valeur initiale inférieure ou égale à T1, à une valeur finale supérieure ou égale à T2en une durée très courte, par exemple en moins de 10s ou en moins de 5s. L’état physicochimique du site sensible passe rapidement de l’état initial adsorbé Eiaà l’état final désorbé Efd.Then, the second phase of Ph2 desorption is carried out. For this, the electrical source 32 applies an electrical signal to the heater 31, here a step signal, so as to cause an increase in temperature to at least the second threshold value T 2 , leading to the desorption of the analytes 2 with respect to -vis the receptors 3. The proportion (or quantity) of receptors linked to the analytes then passes from the initial value p ia not zero, to the final value p fd less than p ia . The p fd value can be equal to or close to 0%. The electrical signal has a positive step so that it goes from the value, for example zero, to a non-zero constant value in a very short period of time, for example in 1s or less. The temperature T(t) thus passes quickly from the initial value less than or equal to T 1 , to a final value greater than or equal to T 2 in a very short time, for example in less than 10s or in less than 5s. The physicochemical state of the sensitive site changes rapidly from the initial adsorbed state E ia to the final desorbed state E fd .
En référence à la
Ensuite, lors de la deuxième phase de désorption Ph2, du fait de l’augmentation de la température qui provoque la désorption rapide des analytes 2, la différence de phase extraite φ(t) diminue rapidement tout en restant dans l’intervalle [-π ; +π], et présente ainsi des discontinuités de +2π. Lorsque le régime stationnaire est établi, la différence de phase extraite φ(t) présente une valeur constante finale. L’unité de traitement 5 détermine alors la différence de phase dépliée Φ(t) qui présente alors la valeur finale Φf. Si l’unité de traitement 5 avait déterminé la différence de phase dépliée Φ(t) dès le début de la première phase Ph1, elle aurait alors la valeur Φeff,fqui est supérieure à la valeur Φf.Then, during the second phase of desorption Ph2, due to the increase in temperature which causes the rapid desorption of the analytes 2, the extracted phase difference φ(t) decreases rapidly while remaining in the interval [-π ; +π], and thus presents discontinuities of +2π. When the steady state is established, the extracted phase difference φ(t) presents a final constant value. The processing unit 5 then determines the unfolded phase difference Φ(t) which then presents the final value Φ f . If the processing unit 5 had determined the unfolded phase difference Φ(t) from the start of the first phase Ph1, it would then have the value Φ eff,f which is greater than the value Φ f .
L’unité de traitement 5 peut alors déterminer la signature S qui est égale à l’écart (en valeur absolue) entre la valeur finale Φfet la valeur initiale Φi: S = ΔΦ = | Φf -Φi| qui est égale également à ΔΦeff= | Φeff,f -Φeff,i|. Les écarts acquis pour chacun des sites sensibles peuvent être normalisés pour qu’ils soient compris entre 0 et 1.The processing unit 5 can then determine the signature S which is equal to the difference (in absolute value) between the final value Φ f and the initial value Φ i : S = ΔΦ = | Φ f - Φ i | which is also equal to ΔΦ eff = | Φ eff,f - Φ eff,i |. The differences acquired for each of the sensitive sites can be normalized so that they are between 0 and 1.
Il en ressort que, dans le cadre du procédé de caractérisation selon l’invention, la signature est déterminée alors que le site sensible présente un état initial adsorbé Eiaet un état final désorbé Efd, et non pas, comme dans l’art antérieur, à partir d’un état initial désorbé (voire partiellement désorbé) et d’un état final adsorbé. De plus, dans le cadre de l’invention, le milieu gazeux auquel est exposé la surface fonctionnalisée ne varie sensiblement pas ou peu entre la phase d’adsorption Ph1 et la phase de désorption Ph2, seul l’état de la surface fonctionnalisée change entre l’état initial adsorbé Eiaet l’état final désorbé Efddu fait de l’augmentation de température, alors que dans l’art antérieur, le milieu gazeux change (absence des analytes pour mesurer labaseline, puis présence des analytes, et enfin évacuation des analytes). On limite voire écarte ainsi l’erreur lors de la détermination de la signature qui vient de la perte d’information sur l’état initial réel du ou des sites sensibles liée à l’indétermination modulo 2π de la différence de phase extraite φ(t).It emerges that, within the framework of the characterization process according to the invention, the signature is determined while the sensitive site has an initial adsorbed state E ia and a final desorbed state E fd , and not, as in the art anterior, from an initial desorbed state (or even partially desorbed) and a final adsorbed state. Furthermore, in the context of the invention, the gaseous medium to which the functionalized surface is exposed does not vary significantly or little between the adsorption phase Ph1 and the desorption phase Ph2, only the state of the functionalized surface changes between the initial adsorbed state E ia and the final desorbed state E fd due to the increase in temperature, whereas in the prior art, the gaseous medium changes (absence of the analytes to measure the baseline , then presence of the analytes, and finally evacuation of the analytes). We thus limit or even eliminate the error when determining the signature which comes from the loss of information on the real initial state of the sensitive site(s) linked to the indetermination modulo 2π of the extracted phase difference φ(t ).
De plus, dans le cadre de l’invention, le passage de l’état initial adsorbé Eiaà l’état final désorbé Efdest provoqué par l’augmentation de température de la surface fonctionnalisée 4, et non pas par une gestion fluidique contrôlée, ce qui permet notamment de simplifier la configuration structurelle du nez électronique 1. On améliore également la qualité de caractérisation des analytes 2, dans la mesure où la désorption par effet thermique peut être plus efficace que la désorption par effet fluidique et peut être effective pour chaque site sensible, de sorte que la surface fonctionnalisée 4 présente un état final effectivement désorbé et sensiblement homogène.Furthermore, in the context of the invention, the transition from the initial adsorbed state E ia to the final desorbed state E fd is caused by the increase in temperature of the functionalized surface 4, and not by fluid management. controlled, which makes it possible in particular to simplify the structural configuration of the electronic nose 1. The quality of characterization of the analytes 2 is also improved, to the extent that desorption by thermal effect can be more effective than desorption by fluidic effect and can be effective for each sensitive site, so that the functionalized surface 4 presents a final state that is effectively desorbed and substantially homogeneous.
Les figures 7A, 7B et 7C illustrent la situation où plusieurs phases successives de caractérisation sont effectuées par le nez électronique, dans le cas où la surface fonctionnalisée est exposée au même milieu gazeux (même type et même concentration d’analytes) et dans le cas où la surface fonctionnalisée est successivement exposée à différents milieux gazeux en termes de type et/ou de concentration d’analytes. Les différentes phases successives de caractérisation peuvent avoir lieu sur des temps courts, par exemple de l’ordre de quelques secondes à minutes, comme sur des temps longs, par exemple de l’ordre de quelques heures à jours.Figures 7A, 7B and 7C illustrate the situation where several successive characterization phases are carried out by the electronic nose, in the case where the functionalized surface is exposed to the same gaseous medium (same type and same concentration of analytes) and in the case where the functionalized surface is successively exposed to different gaseous media in terms of type and/or concentration of analytes. The different successive characterization phases can take place over short periods of time, for example of the order of a few seconds to minutes, or over long periods of time, for example of the order of a few hours to days.
La
Ainsi, chaque phase de caractérisation A, B, C… comporte la phase d’adsorption Ph1 où la température reste au plus égale à la valeur T1et où on expose la surface fonctionnalisée à un milieu gazeux contenant les analytes ; suivie de la phase de désorption Ph2 où la température est augmentée à au moins la valeur T2pour provoquer la désorption des analytes vis-à-vis des récepteurs.Thus, each characterization phase A, B, C, etc. includes the adsorption phase Ph1 where the temperature remains at most equal to the value T 1 and where the functionalized surface is exposed to a gaseous medium containing the analytes; followed by the Ph2 desorption phase where the temperature is increased to at least the T 2 value to cause the desorption of the analytes with respect to the receptors.
La
La différence de phase dépliée effective Φeff(t) varie entre une valeur ici stationnaire Φeff,ireprésentative de l’état initial adsorbé Eia, et une valeur ici stationnaire Φeff,freprésentative de l’état final désorbé Efd. En conséquence, la différence de phase dépliée Φ(t) varie entre une valeur stationnaire Φireprésentative de l’état initial adsorbé Eia, et une valeur stationnaire Φfreprésentative de l’état final désorbé Efd. Dans la mesure où le milieu gazeux est le même en termes d’analytes d’une phase de caractérisation à l’autre, la différence entre Φiet Φfreste ici la même pour chacune des phases de caractérisation A, B, C…. On note que, à l’instant t0, la valeur Φeff(t0) peut être non nulle, voire quelconque, du fait d’une éventuelle ‘pollution’ initiale de la surface fonctionnalisée. Quoi qu’il en soit, le procédé selon l’invention permet d’effectuer une caractérisation de qualité des analytes d’une phase A, B, C à l’autre.The effective unfolded phase difference Φ eff (t) varies between a stationary value here Φ eff,i representative of the initial adsorbed state E ia , and a stationary value here Φ eff,f representative of the final desorbed state E fd . Consequently, the unfolded phase difference Φ(t) varies between a stationary value Φ i representative of the initial adsorbed state E ia , and a stationary value Φ f representative of the final desorbed state E fd . To the extent that the gaseous medium is the same in terms of analytes from one characterization phase to another, the difference between Φ i and Φ f here remains the same for each of the characterization phases A, B, C, etc. . Note that, at time t 0 , the value Φ eff (t 0 ) can be non-zero, or even arbitrary, due to a possible initial 'pollution' of the functionalized surface. In any case, the method according to the invention makes it possible to carry out a quality characterization of the analytes from one phase A, B, C to the other.
La
Ici, la différence de phase dépliée effective Φeff(t) varie entre une valeur ici stationnaire Φeff,ireprésentative de l’état initial adsorbé Eiaqui est ici différente d’une phase de caractérisation A, B, C… à l’autre, dans la mesure où la proportion piades récepteurs liés aux analytes peut être différente. En revanche, lors de l’état final désorbé Efd, on considère que les analytes sont tous désorbés, de sorte que la valeur Φeff,fest sensiblement nulle pour chacune des phases de caractérisation A, B, C….Here, the effective unfolded phase difference Φ eff (t) varies between a stationary value Φ eff,i representative of the initial adsorbed state E ia which is here different from a characterization phase A, B, C… to l 'other, to the extent that the proportion p ia of receptors bound to the analytes may be different. On the other hand, during the final desorbed state E fd , we consider that the analytes are all desorbed, so that the value Φ eff,f is substantially zero for each of the characterization phases A, B, C, etc..
En conséquence, la différence de phase dépliée Φ(t) varie entre les valeurs stationnaires Φi(état initial adsorbé Eia) et Φf(état final désorbé Efd), avec un écart Φf– Φiqui diffère ici d’une phase de caractérisation A, B, C… à l’autre, dans la mesure où la surface fonctionnalisée est successivement exposée à des milieux gazeux différents les uns des autres en termes d’analytes.Consequently, the unfolded phase difference Φ(t) varies between the stationary values Φ i (initial adsorbed state E ia ) and Φ f (final desorbed state E fd ), with a gap Φ f – Φ i which differs here from one characterization phase A, B, C… to the other, to the extent that the functionalized surface is successively exposed to gaseous media different from each other in terms of analytes.
Ainsi, il est possible d’utiliser le nez électronique pour effectuer des caractérisations successives du milieu gazeux, que celui-ci soit le même d’une phase de caractérisation à l’autre ou qu’il soit différent. Cela est dû en particulier au fait que chaque phase de caractérisation comporte une deuxième phase de désorption Ph2 au cours de laquelle on provoque la désorption thermique des analytes (de préférence totale) permettant ainsi de lever les erreurs éventuelles liées à l’indétermination modulo 2π de la différence de phase extraite φ(t).Thus, it is possible to use the electronic nose to carry out successive characterizations of the gaseous medium, whether it is the same from one characterization phase to another or whether it is different. This is due in particular to the fact that each characterization phase includes a second Ph2 desorption phase during which the thermal desorption of the analytes is caused (preferably total), thus making it possible to remove possible errors linked to the indetermination modulo 2π of the extracted phase difference φ(t).
Des modes de réalisation particuliers viennent d’être décrits. Différentes variantes et modifications apparaîtront à l’homme du métier.Particular embodiments have just been described. Different variants and modifications will appear to those skilled in the art.
Claims (13)
- une surface fonctionnalisée (4) contenant au moins un site sensible ayant des récepteurs (3) avec lesquels les analytes (2) sont aptes à interagir par adsorption/désorption, le site sensible présentant un état physicochimique défini par une proportion des récepteurs (3) liés aux analytes (2) ;
- un dispositif de mesure (10), comportant : au moins un interféromètre (12) présentant deux guides d’onde dont l’un forme un bras sensible (14s) à la surface duquel se situe le site sensible et l’autre un bras de référence (14r), couplé à une source lumineuse (11) ; et au moins un photodétecteur (16) couplé à l’interféromètre (12) ;
- une unité de traitement (5), connectée au photodétecteur (16) ;
- un module thermique (30), adapté à générer une variation de température de la surface fonctionnalisée (4) ;
- le procédé comportant les étapes suivantes :
- a) exposition de la surface fonctionnalisée (4) au milieu gazeux contenant les analytes (2), la surface fonctionnalisée (4) présentant une température initiale au plus égale à une première valeur T1prédéfinie, de sorte que la surface fonctionnalisée (4) présente un état physicochimique initial dit adsorbé où la proportion des récepteurs liés aux analytes est égale à une valeur initiale pianon nulle ;
- b) génération par le module thermique (30) d’une augmentation de température de la surface fonctionnalisée (4) jusqu’à au moins une deuxième valeur T2prédéfinie, provoquant ainsi un changement d’état entre l’état physicochimique initial adsorbé et un état physicochimique final dit désorbé où la proportion des récepteurs liés aux analytes est égale à une valeur finale pfdinférieure à pia;
- c) mesure par le photodétecteur (16) du signal optique transmis par l’interféromètre (12), au cours des étapes d’exposition et de génération de l’augmentation de température ;
- d) détermination par l’unité de traitement (5) :
- d’une différence de phase dite extraite φ(k)(t) entre les signaux optiques circulant dans les guides d’onde, à partir du signal optique mesuré, dont les valeurs sont comprises dans un intervalle de largeur prédéfini ; puis
- d’une différence de phase dite dépliée Φ(k)(t), par dépliement de la différence de phase extraite φ(k)(t) en lui ajoutant un multiple entier positif ou négatif de la largeur d’intervalle ; puis
- de valeurs initiale Φ(k)iet finale Φ(k)fde la différence de phase dépliée Φ(k)(t), représentatives respectivement des états physicochimiques initial adsorbé et final désorbé de la surface fonctionnalisée (4) ;
- e) caractérisation des analytes (2), à partir des valeurs initiale Φ(k)iet finale Φ(k)f.
- a functionalized surface (4) containing at least one sensitive site having receptors (3) with which the analytes (2) are capable of interacting by adsorption/desorption, the sensitive site presenting a physicochemical state defined by a proportion of the receptors (3) related to analytes (2);
- a measuring device (10), comprising: at least one interferometer (12) having two waveguides, one of which forms a sensitive arm (14s) on the surface of which the sensitive site is located and the other an arm of reference (14r), coupled to a light source (11); and at least one photodetector (16) coupled to the interferometer (12);
- a processing unit (5), connected to the photodetector (16);
- a thermal module (30), adapted to generate a temperature variation of the functionalized surface (4);
- the process comprising the following steps:
- a) exposure of the functionalized surface (4) to the gaseous medium containing the analytes (2), the functionalized surface (4) having an initial temperature at most equal to a first predefined value T 1 , so that the functionalized surface (4) presents an initial physicochemical state called adsorbed where the proportion of receptors linked to the analytes is equal to a non-zero initial value p ia ;
- b) generation by the thermal module (30) of an increase in temperature of the functionalized surface (4) up to at least a second predefined value T 2 , thus causing a change of state between the initial adsorbed physicochemical state and a final physicochemical state called desorbed where the proportion of receptors linked to the analytes is equal to a final value p fd less than p ia ;
- c) measurement by the photodetector (16) of the optical signal transmitted by the interferometer (12), during the stages of exposure and generation of the temperature increase;
- d) determination by the processing unit (5):
- a so-called extracted phase difference φ (k) (t) between the optical signals circulating in the waveguides, from the measured optical signal, the values of which are included in a predefined width interval; Then
- a so-called unfolded phase difference Φ (k) (t), by unfolding the extracted phase difference φ (k) (t) by adding to it a positive or negative integer multiple of the interval width; Then
- initial Φ (k)i and final Φ (k)f values of the unfolded phase difference Φ (k) (t), respectively representative of the initial adsorbed and final desorbed physicochemical states of the functionalized surface (4);
- e) characterization of the analytes (2), based on the initial Φ (k)i and final Φ (k)f values.
- une surface fonctionnalisée (4) contenant au moins un site sensible ayant des récepteurs (3) avec lesquels les analytes (2) sont aptes à interagir par adsorption/désorption, le site sensible présentant un état physicochimique défini par une proportion des récepteurs (3) liés aux analytes (2) ;
- un dispositif de mesure (10), comportant : au moins un interféromètre (12) présentant deux guides d’onde dont l’un forme un bras sensible (14s) à la surface duquel se situe le site sensible et l’autre un bras de référence (14r), couplé à une source lumineuse (11) ; et au moins un photodétecteur (16) couplé à l’interféromètre (12) ;
- une unité de traitement (5), connectée au photodétecteur (16), adaptée à déterminer :
- une différence de phase dite extraite φ(k)(t) entre les signaux optiques circulant dans les guides d’onde, à partir d’un signal optique mesuré par le photodétecteur (16), dont les valeurs sont comprises dans un intervalle de largeur prédéfini ; puis
- une différence de phase dite dépliée Φ(k)(t), par dépliement de la différence de phase extraite φ(k)(t) en lui ajoutant un multiple entier positif ou négatif de la largeur d’intervalle ; puis
- des valeurs initiale Φ(k)iet finale Φ(k)fde la différence de phase dépliée Φ(k)(t), représentatives respectivement d’états physicochimiques initial adsorbé et final désorbé de la surface fonctionnalisée (4), permettant ensuite de caractériser les analytes (2) ;
- un module thermique (30) adapté à générer une variation de température de la surface fonctionnalisée (4), provoquant ainsi un passage d’état entre l’état physicochimique initial adsorbé et l’état physicochimique final désorbé, à partir :
- d’une température initiale au plus égale à une première valeur T1prédéfinie pour laquelle la surface fonctionnalisée (4) présente un état physicochimique initial adsorbé où une proportion des récepteurs liés aux analytes est égale à une valeur initiale pianon nulle ;
- à une température finale au moins égale à une deuxième valeur T2prédéfinie pour laquelle la surface fonctionnalisée (4) présente un état physicochimique final désorbé où la proportion des récepteurs liés aux analytes est égale à une valeur finale pfdinférieure à pia.
- a functionalized surface (4) containing at least one sensitive site having receptors (3) with which the analytes (2) are capable of interacting by adsorption/desorption, the sensitive site presenting a physicochemical state defined by a proportion of the receptors (3) related to analytes (2);
- a measuring device (10), comprising: at least one interferometer (12) having two waveguides, one of which forms a sensitive arm (14s) on the surface of which the sensitive site is located and the other an arm of reference (14r), coupled to a light source (11); and at least one photodetector (16) coupled to the interferometer (12);
- a processing unit (5), connected to the photodetector (16), adapted to determine:
- a so-called extracted phase difference φ (k) (t) between the optical signals circulating in the waveguides, from an optical signal measured by the photodetector (16), the values of which are included in a width interval predefined; Then
- a so-called unfolded phase difference Φ (k) (t), by unfolding the extracted phase difference φ (k) (t) by adding to it a positive or negative integer multiple of the interval width; Then
- initial Φ (k)i and final Φ (k)f values of the unfolded phase difference Φ (k) (t), respectively representative of initial adsorbed and final desorbed physicochemical states of the functionalized surface (4), then allowing to characterize the analytes (2);
- a thermal module (30) adapted to generate a temperature variation of the functionalized surface (4), thus causing a state transition between the initial adsorbed physicochemical state and the final desorbed physicochemical state, from:
- an initial temperature at most equal to a first predefined value T 1 for which the functionalized surface (4) has an initial adsorbed physicochemical state where a proportion of the receptors linked to the analytes is equal to a non-zero initial value p ia ;
- at a final temperature at least equal to a second predefined value T 2 for which the functionalized surface (4) has a final desorbed physicochemical state where the proportion of receptors linked to the analytes is equal to a final value p fd less than p ia .
Priority Applications (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
FR2203701A FR3134894B1 (en) | 2022-04-21 | 2022-04-21 | method for characterizing analytes comprising a temperature variation using an electronic nose of the interferometric type |
PCT/EP2023/060033 WO2023203033A1 (en) | 2022-04-21 | 2023-04-18 | Method for characterising analytes comprising varying the temperature using an interferometric electronic nose |
EP23720104.1A EP4511636A1 (en) | 2022-04-21 | 2023-04-18 | Method for characterising analytes comprising varying the temperature using an interferometric electronic nose |
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
FR2203701 | 2022-04-21 | ||
FR2203701A FR3134894B1 (en) | 2022-04-21 | 2022-04-21 | method for characterizing analytes comprising a temperature variation using an electronic nose of the interferometric type |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
FR3134894A1 true FR3134894A1 (en) | 2023-10-27 |
FR3134894B1 FR3134894B1 (en) | 2024-05-03 |
Family
ID=82693933
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
FR2203701A Active FR3134894B1 (en) | 2022-04-21 | 2022-04-21 | method for characterizing analytes comprising a temperature variation using an electronic nose of the interferometric type |
Country Status (3)
Country | Link |
---|---|
EP (1) | EP4511636A1 (en) |
FR (1) | FR3134894B1 (en) |
WO (1) | WO2023203033A1 (en) |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102017216477A1 (en) * | 2017-09-18 | 2019-03-21 | Robert Bosch Gmbh | Interferometer and method for determining an absolute phase difference in an interferometry |
EP3754326A1 (en) | 2019-06-21 | 2020-12-23 | Commissariat à l'Energie Atomique et aux Energies Alternatives | Integrated optical circuit with encapsulated reference arm |
CN111504950B (en) * | 2020-05-16 | 2021-09-21 | 西安工业大学 | Interference type gas sensor and working method thereof |
-
2022
- 2022-04-21 FR FR2203701A patent/FR3134894B1/en active Active
-
2023
- 2023-04-18 WO PCT/EP2023/060033 patent/WO2023203033A1/en active Application Filing
- 2023-04-18 EP EP23720104.1A patent/EP4511636A1/en active Pending
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102017216477A1 (en) * | 2017-09-18 | 2019-03-21 | Robert Bosch Gmbh | Interferometer and method for determining an absolute phase difference in an interferometry |
EP3754326A1 (en) | 2019-06-21 | 2020-12-23 | Commissariat à l'Energie Atomique et aux Energies Alternatives | Integrated optical circuit with encapsulated reference arm |
CN111504950B (en) * | 2020-05-16 | 2021-09-21 | 西安工业大学 | Interference type gas sensor and working method thereof |
Non-Patent Citations (4)
Title |
---|
BRANDENBURG A ET AL: "Integrated optical gas sensors using organically modified silicates as sensitive films", SENSORS AND ACTUATORS B: CHEMICAL, ELSEVIER BV, NL, vol. 11, no. 1-3, March 1993 (1993-03-01), pages 361 - 374, XP027138366, ISSN: 0925-4005, [retrieved on 19930301] * |
BRENET ET AL.: "Highly-Selective Optoe-lectronic Noze Based On Surface Plasmon Resonance Imaging for Sensing Volatile Organic Compounds", ANAL. CHEM., vol. 90, no. 16, 2018, pages 9879 - 9887 |
HALIR ET AL.: "Direct and Sensitive Phase Readout for Integrated Waveguide Sensors", PHOTONICS JOURNAL IEEE, vol. 5, no. 4, 2013, XP011526126, DOI: 10.1109/JPHOT.2013.2276747 |
SCHMITT ET AL: "Interferometric biosensor based on planar optical waveguide sensor chips for label-free detection of surface bound bioreactions", BIOSENSORS AND BIOELECTRONICS, ELSEVIER SCIENCE LTD, UK, AMSTERDAM , NL, vol. 22, no. 11, 30 March 2007 (2007-03-30), pages 2591 - 2597, XP022006459, ISSN: 0956-5663, DOI: 10.1016/J.BIOS.2006.10.016 * |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
FR3134894B1 (en) | 2024-05-03 |
WO2023203033A1 (en) | 2023-10-26 |
EP4511636A1 (en) | 2025-02-26 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Kabashin et al. | Phase and amplitude sensitivities in surface plasmon resonance bio and chemical sensing | |
US20020003627A1 (en) | Doubly-differential interferometer and method for evanescent wave surface detection | |
EP3906402A1 (en) | Method for characterising target compounds | |
EP3899497B1 (en) | Laser device for polarization interferometry | |
van Gulik et al. | Refractive index sensing using a three-port interferometer and comparison with ring resonators | |
CA2126245C (en) | Process and device for the differential measurement of refraction indexes and use thereof | |
WO1991003757A1 (en) | Microscopy method and reflexion near field microscope | |
FR3134894A1 (en) | method for characterizing analytes comprising a temperature variation using an electronic nose of the interferometric type | |
EP0971203A1 (en) | Method and apparatus for measuring the thickness of a transparent material | |
EP0466598A1 (en) | Method and apparatus for deposition of antireflection coatings and control of their thickness | |
EP4022280A1 (en) | Method and device for the optical characterisation of particles | |
Cabrera et al. | Self-referencing photothermal digital holographic microscope for characterization of low-loss liquids | |
FR3100335A1 (en) | Method and device for optical characterization of particles | |
Piya et al. | Optimising porous silicon Bragg reflectors for narrow spectral resonances | |
FR3052923A1 (en) | OPTICAL REFLECTOR RESONANT TO MULTIPLE THIN LAYERS OF DIELECTRIC MATERIALS, OPTICAL SENSOR AND LASER AMPLIFICATION DEVICE COMPRISING SUCH A REFLECTOR | |
WO2022189292A1 (en) | Method for characterizing an analyte present in a gas sample containing at least one parasitic chemical species | |
FR3123988A1 (en) | interferometric system for detecting analytes comprising an array of Mach-Zehnder interferometers | |
WO2024052228A1 (en) | Compact calibrated interferometric characterisation system | |
FR3129480A1 (en) | interferometric detection system comprising optical measurement and reference sensors of different sensitivities | |
EP4155717B1 (en) | Device and method for detecting chemical or biological species | |
KR101245544B1 (en) | Bio Sense Apparatus using Optical Interference Change Characteristic by Surface Plasmon Phenomenon | |
EP4352492B1 (en) | Interferometric analyte detection system comprising a mach-zehnder interferometer array | |
EP1300675A1 (en) | Optical sensor for detecting at least one chemical substance and optical probes comprising these optical sensors | |
FR3064375A1 (en) | OPTICAL SENSOR DEVICE USING SURFACE OPTICAL WAVE COUPLED BY DIFFRACTION NETWORK | |
FR3055415B1 (en) | 3D SLOT WAVE GUIDE AND SENSOR DEVICE, AND METHOD OF MANUFACTURING SUCH WAVEGUIDE |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PLFP | Fee payment |
Year of fee payment: 2 |
|
PLSC | Publication of the preliminary search report |
Effective date: 20231027 |
|
PLFP | Fee payment |
Year of fee payment: 3 |