1.5 Conclusion
Dans ce chapitre nous avons présenté le principe des capteurs optiques d’affi-nité, visant la détection de biomolécules. En particulier, nous avons défini les critères technologiques pour une application Point-Of-Care, à savoir les bonnes performances optiques, la facilité d’utilisation et la compatibilité avec la production de masse. Une re-vue bibliographique a permis d’identifier les avantages et les inconvénients de différentes technologies, qui se divisent en deux approches principales : la résonance plasmonique à la surface de métaux, et la résonance photonique de structures diélectriques.
Nous avons vu que les enjeux majeurs des dispositifs POC concernent différents aspects : outre la sensibilité et la finesse des résonances, le couplage de la lumière hors du plan de la puce est primordial pour relaxer les contraintes d’alignement. Également, la longueur d’onde de travail détermine le type de détecteur à utiliser ; pour réduire les coûts il est pertinent de travailler dans la gamme de sensibilité des détecteurs en silicium tels que les caméras CMOS. Cette contrainte a des conséquences fortes sur les maté-riaux utilisés, les dimensions critiques des structures et donc leur compatibilité avec les technologies de fabrication bas-coût comme la photolithographie. Enfin le multiplexage est fortement souhaitable afin d’assurer la fonction de criblage moléculaire.
L’approche que nous proposons tente de répondre à ces défis d’intégration dans un dispositif POC. Nous avons choisi de développer une plateforme de détection sans marquage, basée sur un système d’imagerie sans lentille d’une puce photonique. Celle-ci supporte un réseau de cristaux photoniques en silicium, excitables en incidence normale par un faisceau étendu, et imagés par une caméra CMOS. Nous avons également choisi d’intégrer un système de spectrométrie sur puce, permettant d’augmenter la gamme de détection et la sensibilité du dispositif. Notre approche permet donc d’éliminer les contraintes d’alignement dans un système sans lentille, et d’analyser de nombreux cap-teurs indépendants en parallèle grâce à l’imagerie. Les choix des matériaux sont compa-tibles avec les technologies de fabrication et l’utilisation de détecteurs bas-coût. Dans la suite de ce manuscrit, après avoir présenté notre banc et nos méthodes de caractérisation optiques, nous étudierons les propriétés des CPs et leurs performances en biodétection, puis nous détaillerons ensuite leur implémentation au sein du spectromètre intégré.
Micro-réflectivité en milieu liquide :
banc de mesure et méthodes
expérimentales
Sommaire
2.1 Introduction . . . 39 2.2 Banc de micro-réflectivité . . . 40
2.2.1 Présentation générale du banc . . . 40 2.2.2 Caractéristiques du faisceau d’excitation . . . 43 2.2.3 Collecte du signal . . . 46
2.3 Procédure expérimentale . . . 49
2.3.1 Préparation de surface . . . 49 2.3.2 Préparation de la cellule fluidique . . . 50 2.3.3 Mesure d’indice de réfraction . . . 52 2.3.4 Normalisation des spectres de micro-réflectivité . . . 54
2.4 Stabilité et reproductibilité . . . 55
2.4.1 Stabilité de la résonance en milieu liquide . . . 55 2.4.2 Reproductibilité de la mesure de résonance . . . 57
2.1. INTRODUCTION CHAPITRE 2
2.1 Introduction
Dans ce chapitre, nous décrirons le banc optique, ainsi que les outils et procédures, développés dans le cadre de la thèse pour la caractérisation des capteurs à cristaux photoniques (CPs) en milieu liquide. L’objectif est de mesurer le spectre de micro-réflectivité de structures individuelles, afin d’étudier leurs propriétés de résonance et la sensibilité à l’indice de réfraction. Ces caractérisations spectrales permettront de valider les performances de chaque élément de notre matrice de capteurs en vue de l’application finale dans un dispositif de détection par caméra sans lentille.
Dans ce but, nous avons conçu un banc de micro-réflectivité dont le schéma de principe est présenté sur la figure 2.1. Un cristal photonique baignant dans un analyte encapsulé dans une cellule fluidique est excité en incidence normale par un faisceau lumineux. Le faisceau réfléchi par l’échantillon est collecté simultanément par un ana-lyseur de spectre et une caméra, et le faisceau transmis est également collecté par une caméra. On obtient ainsi le spectre de micro-réflectivité du cristal, qui contient une résonance d’une largeur de l’ordre du nanomètre.
La résonance du capteur étudié subit un décalage spectral sous l’effet du change-ment d’indice de réfraction en passant d’un analyte à un autre, ou lors du greffage de biomolécules. Ce décalage est mesurable en comparant les spectres de micro-réflectivité dans l’état initial et dans l’état final. Afin d’obtenir une mesure significative, le banc optique doit offrir une stabilité et une reproductibilité suffisante pour détecter les faibles décalages spectraux attendus lors de la détection de biomolécules.
Dans la partie suivante, nous détaillerons le fonctionnement du banc et les diffé-rents composants optiques qui le constituent. Les caractéristiques du faisceau d’excita-tion seront spécifiées : l’adaptad’excita-tion de sa taille à celle des CPs, et le contrôle de sa pola-risation pour qu’elle corresponde à celle du mode des structures. Ensuite, la procédure expérimentale mise en œuvre, comprenant le nettoyage des échantillons, l’assemblage de la cellule fluidique, et la méthode de normalisation des spectres, sera développée. Enfin, nous quantifierons la stabilité du signal et la reproductibilité de la mesure de décalage spectral des résonances.
Fig. 2.1 : Schéma de principe de la mesure : un cristal photonique baignant dans un
analyte est excité par un faisceau émis par une source de lumière. Le faisceau réfléchi par le cristal est collecté d’une part par une caméra pour la visualisation, et d’autre part un analyseur de spectre pour la caractérisation spectrale. Le faisceau transmis est également collecté par une caméra.