Development of a new plasmonic transducer for the detection of biological species - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2023

Development of a new plasmonic transducer for the detection of biological species

Développement d’un nouveau transducteur plasmonique pour la détection d’espèces biologiques

Emilie Laffont
  • Fonction : Auteur
  • PersonId : 1367866
  • IdRef : 276632559

Résumé

During the COVID-19 outbreak, PCR tests were widely used for large-scale testing and screening. Yet, this technique requires bulky and time-consuming procedures to prepare the samples collected from the patients before their analysis by well-trained experts with expensive and specific equipment. Surface plasmon resonance based sensors were suggested as a promising alternative in recent years. This thesis proposes and demonstrates a new plasmonic configuration of detection, which can address challenges posed by point-of-care settings. The gratings used as transducers in this configuration were fabricated based on laser interference lithography combined with a nanoimprinting process. The responses of these nanostructures interrogated by a p-polarized light beam result in a transfer of energy between two diffracted orders over an angular scan. This optical phenomenon termed as “optical switch”, was theoretically and experimentally investigated and optimized. The principle of detection based on this specific configuration was demonstrated for the detection of small variations in the bulk refractive index. A limit of detection in the range of 10−6 RIU was achieved. In addition, preliminary bio-assays obtained by combining this configuration with a functionalization are presented and demonstrate the selectivity and the potential of this new plasmonic configuration for biosensing applications. This thesis work paves the way for the use of the optical switch configuration as a biosensor aligned with low-cost manufacturing and relevant for diagnosing in point-of-care sites.
Durant la pandémie de COVID-19, les tests PCR ont été largement utilisés pour du dépistage à grande échelle. Cependant, ces biocapteurs nécessitent de longues et complexes procédures de préparation des échantillons prélevés de patients avant leur analyse par des experts avec des technologies coûteuses. Ces dernières années, les capteurs basés sur la résonance de plasmon de surface ont été suggérés comme une alternative prometteuse à ces tests. Cette thèse propose et démontre une nouvelle configuration de détection plasmonique avec le potentiel pour répondre aux défis d’une implémentation en centre de soins de proximité. Les réseaux utilisés ont été fabriqués à partir de lithographie interférentielle par laser combinée à un procédé de nanoimpression. Les réponses de ces nanostructures interrogées par un faisceau p-polarisé résultent en un transfert d’énergie entre deux ordres diffractés induit par un balayage angulaire. Ce phénomène optique qualifié de « switch optique » a été théoriquement et expérimentalement étudié et optimisé. Le principe de détection basé sur cette configuration a été démontré pour la détection de petites variations d’indice de réfraction avec des solutions. Une limite de détection de l’ordre de 10−6 RIU a été atteinte. De plus, des tests préliminaires de biodétection combinant une fonctionnalisation avec la configuration de switch optique sont présentés et démontrent la sélectivité et le potentiel de cette configuration plasmonique pour des applications en biodétection. Cette thèse ouvre la voie à l’utilisation de la configuration switch comme biocapteur pour la production en masse à faible coût et du diagnostic en centre de soins de proximité.
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Origine : Version validée par le jury (STAR)

Dates et versions

tel-04521261 , version 1 (26-03-2024)

Identifiants

  • HAL Id : tel-04521261 , version 1

Citer

Emilie Laffont. Development of a new plasmonic transducer for the detection of biological species. Optics / Photonic. Université Jean Monnet - Saint-Etienne; Université d'Ottawa, 2023. English. ⟨NNT : 2023STET0032⟩. ⟨tel-04521261⟩
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