Photonic and plasmonic applied to biomolecular detection
Photonique et plasmonique appliquées à la détection biomoléculaire
Résumé
Les résonances de plasmon de surface sont des phénomènes liés à l'oscillation collective des électrons de conduction à la surface d'un métal sous l'influence d'une onde électromagnétique. Leur étude et leurs applications connaissent actuellement un grand essor. L'extrême sensibilité des conditions de résonance des plasmons aux variations du milieu environnant a conduit à la création de dispositifs de biocapteurs ultrasensibles et résolus en temps réel permettant de grandes avancées dans le domaine biomédical. Mais leur sensibilité et leur fonction peuvent être accrues par l'utilisation de structures nanométriques où le champ électromagnétique local est fortement amplifié. Dans ce contexte, cette thèse constitue un travail préliminaire à la réalisation de biopuce à résonance de plasmon de surface localisé. Elle porte d'une part sur l'étude et la mise au point de procédés innovant de fabrication de structures d'or périodiques sur différents substrats et dont les dimensions sont de l'ordre de la centaine de nanomètres. D'autre part, elle expose le développement et l'optimisation d'un banc expérimental de mesure en optique linéaire, permettant de réaliser des mesures angulo spectrales absolues à angle d'incidence et polarisation variables. Ces développements sont illustrés par les mesures réalisées sur nos structures. Ces travaux se placent en amont de la réalisation de systèmes de détection biologiques. Menés dans le cadre d'un partenariat pluridisciplinaire, ils posent des bases solides et nécessaires à la conception et l'étude de ce type de senseur et plus généralement à l'étude en champ lointain des phénomènes de résonances plasmoniques sur des structures nanométriques. The surface plasmon resonances are a phenomena caused by the collective oscillation of conduction electrons at the surface of a metal under the influence of an electromagnetic wave. Their study and their application are experiencing a boom. The extreme sensitivity of the plasmon resonance conditions to the changes of the surrounding environment has led to the creation of ultra sensitive biosensors devices solved in real time, allowing major advances in the biomedical field. But their sensitivity and function can be improved by the use of nanoscale structures in which the local electromagnetic field is strongly amplified. In this context, this thesis is a preliminary work to the realization of biochip based on localized surface plasmon resonance. It firstly relates to the study and development of innovative manufacturing processes of gold periodic structures on different substrates with dimensions of about hundreds of nanometers. Secondly, it sets out the development and optimization of an experimental measuring device in linear optics to perform absolute angulo spectral measurements with variable incidence angle and polarization. These developments are illustrated by measurements made on our structures. These works take place before the realization of biological detection systems. Led in the context of a multidisciplinary partnership, they assert a solid and necessary basic grounding for the conception and study of this type of sensor and more generally for the study of plasmonic resonance on nanoscale structures in far-field.
Les résonances de plasmon de surface sont des phénomènes liés à l'oscillation collective des électrons de conduction à la surface d'un métal sous l'influence d'une onde électromagnétique. Leur étude et leurs applications connaissent actuellement un grand essor. L'extrême sensibilité des conditions de résonance des plasmons aux variations du milieu environnant a conduit à la création de dispositifs de biocapteurs ultrasensibles et résolus en temps réel permettant de grandes avancées dans le domaine biomédical. Mais leur sensibilité et leur fonction peuvent être accrues par l'utilisation de structures nanométriques où le champ électromagnétique local est fortement amplifié. Dans ce contexte, cette thèse constitue un travail préliminaire à la réalisation de biopuce à résonance de plasmon de surface localisé. Elle porte d'une part sur l'étude et la mise au point de procédés innovant de fabrication de structures d'or périodiques sur différents substrats et dont les dimensions sont de l'ordre de la centaine de nanomètres. D'autre part, elle expose le développement et l'optimisation d'un banc expérimental de mesure en optique linéaire, permettant de réaliser des mesures angulo spectrales absolues à angle d'incidence et polarisation variables. Ces développements sont illustrés par les mesures réalisées sur nos structures. Ces travaux se placent en amont de la réalisation de systèmes de détection biologiques. Menés dans le cadre d'un partenariat pluridisciplinaire, ils posent des bases solides et nécessaires à la conception et l'étude de ce type de senseur et plus généralement à l'étude en champ lointain des phénomènes de résonances plasmoniques sur des structures nanométriques.