Monocapteurs

Les monocapteurs forment le groupe le plus utilisé, car le plus ancien, des biocapteurs basés sur la SPR. Ce terme regroupe les dispositifs ne permettant de suivre qu’une seule interaction biologique à la fois.

La condition de résonance des plasmons de surface donnée par l’équation (I-16) ou (I-17), lorsque les paramètres physiques sont fixés (prisme ou réseau, métal et milieu diélectrique) donne une relation entre l’angle d’incidence et la longueur d’onde (voir, par exemple, la Figure 29). Lorsqu’une interaction biomoléculaire se produit, elle provoque une perturbation locale de l’indice du milieu diélectrique et va donc changer les conditions de la résonance. Il existe donc principalement deux méthodes de détection, l’interrogation angulaire [37] qui consiste à suivre la position angulaire du minimum de réflectivité SPR à une longueur d’onde fixée et l’interrogation spectrale [ 42 ] qui consiste à suivre la position spectrale du minimum de réflectivité SPR à un angle d’incidence fixé.

I.2.3.1. Interrogation angulaire

Pour une longueur d’onde fixée, la position angulaire de la résonance des plasmons de surface se traduit par une chute de la réflectivité en polarisation TM, due à l’absorption de l’énergie incidente par l’interface métal/diélectrique (Figure 15). Les variations de la position

angulaire de ce minimum vont donc nous informer sur l’évolution de l’interaction étudiée au niveau de la surface sensible. Elles peuvent être mesurées de différentes manières :

- Le faisceau incident, collimaté, balaye les différentes incidences autour de l’angle de résonance [43] et le signal réfléchi est envoyé sur une photodiode. Une lecture simultanée du signal de la photodiode et de l’angle d’incidence nous donne la valeur de l’angle de résonance quand le signal de la photodiode est minimal. Le temps de mesure est lié à la durée d’un balayage. La mesure ne prend en compte que la surface éclairée par le faisceau laser.

D1 D2 Laser He-Ne ∆θ L P C LS

Figure 17 : Biocapteur SPR couplé par prisme à interrogation angulaire par balayage. C : cuve, D1 : photodétecteur de référence, L : lentille, D2 : photodétecteur du signal SPR placé

au foyer de la lentille L, LS : lame semi-réfléchissante, P : prisme rectangle dont l’une des faces est recouverte d’or. Le prisme est monté sur une platine de rotation permettant de balayer l’angle d’incidence θ. Cette configuration en coin de cube réfléchit le faisceau dans

la même direction que le faisceau incident.

Le remplacement de la platine de rotation par un cristal piézo-électrique, qui va induire de petites oscillations du prisme, couplé à une détection synchrone permet d’augmenter le rapport signal sur bruit du système en permettant de ne tenir compte que de la partie du signal liée à l’angle de mesure [14].

- Le faisceau incident, non-collimaté, éclaire la surface simultanément selon différentes incidences autour de l’angle de résonance [44] et le signal réfléchi est envoyé sur une barrette de photodiodes. Chaque photodiode correspond alors à une certaine incidence et la photodiode ayant reçu le signal minimal indique l’angle de résonance. Le temps de mesure est lié au temps de lecture de la barrette CCD. La mesure correspondant à chaque incidence provient d’une zone différente de la surface métallique dans le cas d’un faisceau divergent (Figure 18) ou de la zone de focalisation dans le cas d’un faisceau convergent (non représenté).

Figure 18 : Biocapteur SPR couplé par prisme à interrogation angulaire sans balayage. C : cuve, L : lentille, LED : diode électroluminescente, LS : lame semi-réfléchissante, P : prisme

dont l’une des faces est recouverte d’or, Pol : polariseur, T : trou source.

Cette dernière configuration, c’est-à-dire, la SPR en interrogation angulaire sans balayage à partir d’un faisceau convergent, permet de s’affranchir des inhomogénéités de la zone sensible en comparaison avec la configuration en faisceau divergent représentée ci- dessus. De plus, le fait qu’il n’y ait aucune partie mobile permet de diminuer le temps d’acquisition d’une mesure et donc de pouvoir suivre des interactions plus rapides tout en simplifiant le montage. Un dispositif basé sur un faisceau divergent issu d’une diode LED, développé depuis 1995, est maintenant commercialisé par Texas Instrument sous le nom de

SPREETA [45] depuis 1999. Ce système permet d’atteindre une sensibilité ∆n = 5.10-6 à λ = 830 nm [46]. Par contre, Biacore International commercialise une gamme de dispositifs fondé sur l’interrogation angulaire sans balayage avec un faisceau convergent (biacore 2000, biacore 3000, biacore X, … [38]) depuis 1990 et annonce une sensibilité de Γ = 1 pg/mm2 à 10 pg/mm2 à λ = 760 nm suivant les modèles, ce qui correspond à un décalage du minimum de ∆θ = 10-4 degrés (respectivement 10-3 degrés). D’autres sociétés utilisent aussi la même configuration que Biacore International comme Windsor Scientific avec son modèle IBIS [47]

I.2.3.2. Interrogation spectrale

Pour un angle d’incidence fixé, la position spectrale de la résonance des plasmons de surface se traduit par une chute de la réflectivité en polarisation TM, due à l’absorption de l’énergie incidente dans l’interface métal/diélectrique, dans le spectre visible (Figure 19). Les variations de la position spectrale de ce minimum vont donc nous informer sur l’évolution de l’interaction étudiée au niveau de la surface sensible.

Figure 19 : Réflectivité en fonction de la longueur d’onde, en polarisation TM et pour un angle d’incidence θ = 53 °, entre un prisme en SF11 et une couche d’or de 48 nm en contact

Cette interrogation spectrale est, dans la plupart des cas, réalisée à partir d’un montage du type suivant [48] :

Figure 20 : Biocapteur SPR couplé par prisme à interrogation spectrale. C : cuve, L1, L2:

lentilles, P : prisme dont l’une des faces est recouverte d’or, Pol : polariseur, S : source de lumière blanche, T : trou source.

Bien que ces biocapteurs à interrogation spectrale soit couramment utilisés dans certaines équipes de recherche [49, 50, 51], ce type de mesure SPR n’a pas encore donné lieu, à notre connaissance, à une commercialisation. Cela est probablement dû à une sensibilité légèrement inférieure (∆nmin = 7,6.10-5 [50] ou ∆nmin = 1,7.10-5 [51]) mais encore plus

sûrement au prix de revient d’un spectromètre ayant une résolution suffisante.