Development of a new microwave method for the detection and monitoring of bacterial biofilm growth
Elaboration d’une nouvelle méthode hyperfréquence pour la détection et le suivi de croissance de biofilms bactériens
Résumé
Bacterial biofilms have a significant financial and health impact in many fields. It remains a fundamental challenge to understand and detect the formation of microbial biofilms on surfaces to counteract corrosion and biofouling processes. Current technologies for monitoring bacterial biofilm processes suffer from their own limitations and are in some instances very costly or harsh on the sample's integrity. In this thesis, the development of a real-time, label-free radiofrequency sensor dedicated to the monitoring of bacteria and biofilm growth is presented. The high sensitivity of the method highlights the growth of a biofilm at the early state of formation. This method was compared to low frequency electrochemical methods.
The change of the electrode-solution interface during P. aeruginosa biofilm growth was monitored by insitu measurement of the open circuit potential and
correlated with the results obtained by electrochemical impedance spectroscopy and cyclic voltammetry. One of the objectives of this thesis is also to explore the application of this new real-time, label-free radio frequency sensor. It provides a new support tool and was able to track bacteriophage
predation on P. aeruginosa bacteria at 300 MHz. Several biological events were captured with the sensor but were not detected with the other two
methods tested. This proposed method should therefore be considered as a promising tool for biofilm monitoring to complement existing techniques
Les biofilms bactériens ont un impact économique et sanitaire important dans de nombreux domaines. Détecter leur formation sur les surfaces reste un défi majeur pour contrôler les processus de corrosion et de biofouling. Les techniques actuelles de surveillance des biofilms bactériens souffrent de coûts élevés et ont de lourds impacts sur l'intégrité de l'échantillon. Dans cette thèse, le développement d'un capteur radiofréquence en temps réel et sans marquage dédié au suivi de la croissance des biofilms est présenté. La forte sensibilité de la méthode a mis en évidence une détection précoce d’un biofilm. Elle a ensuite été comparée aux techniques électrochimiques basses fréquences. La modification de l'interface électrode-solution pendant la croissance du biofilm de Pseudomonas aeruginosa a été suivie par la mesure in-situ du potentiel en circuit ouvert, spectroscopie d'impédance électrochimique et voltamétrie cyclique. Un second objectif de cette thèse a été également d'explorer l'application de ce nouveau capteur radiofréquence en tant que nouvel outil de support. Il a été possible de suivre la prédation de bactériophages sur la bactérie P. aeruginosa à 300 MHz. Plusieurs événements biologiques ont été observés avec le capteur mais n'ont pas été détectés avec les autres méthodes testées. Cette méthode radiofréquence doit donc être considérée comme un outil prometteur pour la surveillance des biofilms en complément des techniques existantes.