Résumé de la thèse

Les besoins de mesures dans les domaines de la santé et de l’environnement nécessitent le développement de capteurs toujours plus compacts, sélectifs, ultrasensibles, rapides et à bas coût. Les biocapteurs photoniques de type microrésonateur cyclique planaire en polymère en forme d’hippodrome répondent à ces impératifs lorsqu’ils sont  couplés verticalement à un guide rectiligne servant d’entrée et de sortie pour la lumière. Ils permettent en effet, via une fonctionnalisation adéquate de leur surface, de pouvoir détecter sélectivement de très faibles concentrations de biomolécules, mais nécessitent pour cela le développement et la mise au point de méthodes d’interrogation optiques spécifiques.

Ce travail propose une nouvelle approche pour la caractérisation et l’interrogation de ces microrésonateurs, basée sur l’utilisation d’un interféromètre optique à faible cohérence sensible à la phase (PS-OLCI : Phase-Sensitive Optical Low Coherence Interferometer), qui avait été développé initialement pour caractériser métrolo-giquement des composants fibrés utilisés dans le domaine des télécommunications. Des microrésonateurs monomodes possédant des facteurs de qualité allant jusqu'à 38 200 ont été conçus et réalisés à l'aide de procédés classiques de photolithographie et de gravure sèche (plasma d’oxygène). L’interféromètre de Michelson du LNE, pièce centrale du dispositif PS-OLCI, a ensuite été adapté pour cette nouvelle application. Son association à un composant optofluidique, constitué de microrésonateurs et d’un circuit microfluidique en polymères, a permis de détecter des teneurs de glucose de l’ordre de 50 μg·ml–1 et 2 μg·ml–1 dans l’eau, selon que l’intensité ou la phase des signaux PS-OLCI étaient respectivement exploitées. Ces performances ont démontré la capacité du capteur à déceler des biomolécules en faible concentration ainsi que la pertinence de la mesure de la phase, d'où l'intérêt du dispositif PS-OLCI. La fonctionnalisation de la surface des guides polymères a ensuite été explorée pour palier au manque de sélectivité de la méthode de détection volumique. Le cas d’une protéine, la streptavidine, a ainsi été considéré. Les performances obtenues, 0,02 pg·mm–2, apparaissent au moins dix fois meilleures que celles obtenues à l’aide de la technique de résonance plasmonique de surface considérée à ce jour comme la technique de référence en biodétection sans marqueur.

Ces travaux de thèse contribuent à démontrer que les capteurs à base de microrésonateurs optiques sont des candidats potentiels très prometteurs pour la détection de très faibles concentrations de biomolécules pour l’analyse biochimique.

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