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Accueil > Équipes > Systèmes Photoniques (SP) > Optique Guidée et Capteurs (OGC) > Les projets du groupe OGC

Projet ANR

LOUISE : Capteur infrarouge intégré basé sur l’effet SEIRA pour une détection efficace d’une faible concentration d’espèces chimiques et biologiques

décembre 2015 – septembre 2019

Développement d’un capteur intégré spectroscopique par ondes évanescentes amplifiées par des effets de plasmonique de surface

Contexte

Dans un contexte de demande croissante de capteurs intégrés pour des applications environnementales et biologiques, l’objectif du projet LOUISE est de concevoir et d’évaluer un microcomposant en optique infrarouge. Il permettra de mettre en œuvre une technologie innovante basée sur la spectroscopie infrarouge par ondes évanescentes amplifiée par des effets de plasmonique de surface, nommée SEIRA.

Objectifs

Nous avons porté nos efforts, pour la plateforme optique, sur les verres chalcogénures pour leur flexibilité technologique nécessaire à la réalisation de ces micro-capteurs. L’autre aspect essentiel de ce projet réside dans les nanoantennes d’or qui vont exalter l’absorption infrarouge des molécules ciblées (HAP et biomarqueurs) par des phénomènes plasmoniques à la surface du guide d’onde où se propage l’onde evanescente moyen infrarouge. Ces nanostructures d’or sous forme d’un réseau de nanofils ont été ainsi déposées à la surface du guide de chalcogénures pour améliorer l’absorption IR et donc la détection des molécules ciblées. La modélisation développée dans le cadre de ce projet permettra d’optimiser le couplage entre les ondes évanescentes m-IR affleurant à la surface du guide d’onde de chalcogénures et les plasmons portés par les nanostructures métalliques afin d’augmenter la sensibilité et la résolution de ce capteur. Les nanoparticules seront ensuite fonctionnalisées par une couche de polymère ou d’anticorps spécifiques pour augmenter encore la sensibilité et pour rendre la détection plus spécifique. Le micro-capteur SEIRA sera intégré dans un instrument portable et évalué pour la détection d’hydrocarbures et de biomarqueurs de maladie lors des campagnes de validation sur le terrain.

Résultats majeurs
  • Fabrication de structure guidantes en chalcogénures de géométries variables adaptées pour la propagation dans le moyen IR dont le champ évanescent est optimisé.
  • Élaboration et la validation de notre méthode exacte, rigoureuse et intégrée de calcul et d’analyse de l’interaction entre les modes guidés et les structures perturbatrices. La définition d’une gamme de paramètres, compatible avec une fabrication par EBL, pour les plots métalliques assurant une forte interaction onde guidée/plots et des pertes acceptables devrait assurer une forte sensibilité pour le capteur.
  • Nous avons montré la possibilité de fabriquer des cylindres d’or par lithographie interférentielle sur de grandes surfaces pour une production importante de surfaces nanostructurées.
  • Observation d’une interaction spécifique de l’aptamère avec la MnSOD pour une concentration donnée dans le cadre de nanoparticules colloïdales.
  • Preuve de concept de l’effet de transduction par onde évanescente en phase liquide démontrée sans fonctionnalisation par des nanoantennes.
Retombées

L’ensemble de ces résultats représente des étapes prometteuses vers le développement d’une plateforme optique en verres de chalcogénures pour des applications de transduction par effet SEIRA dans le moyen infrarouge.

Production scientifique

Voir dans la collection Foton sur HAL

Partenaires

ISCRIfremerUTTIFCSPBAT
(groupes Foton : SP/OGC)

Coordinateur

ISCR
(responsable Foton : Joël CHARRIER)

Financements

ANR