Nanoplasmonics for biosensing and bioimaging – BIONANOPLAMON

Surface Plasmon Resonance is currently a leading technology for label-free studies of biomolecular binding/recognition events. However, despite the undisputed success of this technology over last 10 years, classical SPR biosensor instruments still have insufficient sensitivity and a weak adaptability for novel nano-architectures, which drastically limits their application area biological research and clinical diagnostics. This ANR-NSF proposal promises a major breakthrough in the advancement of the plasmonics biosensing technology toward the detection of small analytes at ultra-low concentrations taking advantage of new properties of emerging nanoplasmonics structures and architectures. The project is based on several findings of the applicants related to the development of novel phase sensitive and nanoarray designs of plasmonics biosensors, as well as to the synthesis of novel nanomaterials by 'clean' laser-assisted methods. It is implied that these technologies will be combined and further advanced to develop two advanced nanoplasmonics platforms: (i) optical transduction-based biosensor platform; (ii) Surface Enhanced Raman Scattering biosensor platform. The project will be accomplished by two French (LP3, UMR 6182 CNRS and CINaM, UPR 3118 CNRS) and one USA (SUNY at Buffalo) partners, having essentially interdisciplinary and complementary expertises. A. V. Kabashin and P. N. Prasad will be coordinators of the project from French and USA parts, respectively. Successful accomplishment of the project will enhance knowledge in biosensing and nano-biophotonics and have a major impact on the development and applications of biosensing methods and related instruments. This grant proposal aims to develop ultrasensitive technologies, which can be effectively applied for a variety of tasks in medical diagnostics, biological research, food quality, counter-bioterrorism etc. Potential users are French and US research laboratories, hospitals and pharmaceutical companies. La technique de Résonance de Plasmon de Surface (SPR) est aujourd'hui une technologie de pointe pour les études d'attache /de reconnaissance d'événements bio-moléculaires. Cependant, malgré le succès incontesté de cette technologie au cours de ces 10 dernières années, la technique SPR classique appliquée au développement de bio-capteurs présente encore une sensibilité insuffisante ainsi qu'une faible adaptabilité à de nouvelles nano-architectures. Ceci limite fortement sa pénétration dans le secteur de la recherche biologique et du diagnostic clinique notamment. Ce programme ANR-NSF propose une percée majeure dans l'avancement des techniques plasmoniques pour les bio-capteurs appliquées à la détection de petit analytes en concentrations ultra-faible en exploitant les nouvelles propriétés issues des structures et des architectures nanoplasmoniques originales proposées ici. Le projet est basé sur l'exploitation de plusieurs découvertes des partenaires liées au développement d'une nouvelle approche basée sur la sensibilité de phase, la conception de « nano rangées » pour des bio-capteurs plasmoniques ainsi que la synthèse de nouveaux nano-matériaux par des procédés laser dits "propres" (absence de contaminants). Ces technologies innovantes seront poussées plus loin pour développer deux nouvelles plates-formes nano-plasmonique : (i) une plate-forme bio-capteur à base de transducteur optique; (ii) ainsi qu'une plate-forme bio-capteur basée sur « S Surface Enhanced Raman Scattering ». Le projet sera accompli par deux laboratoires français (LP3, UMR 6182 CNRS et CINAM, UPR 3118 CNRS) et un laboratoire américain (SUNY à Buffalo). Ces partenaires ont des compétences interdisciplinaires et complémentaires. A. V. Kabashin et P. N. Prasad seront les coordinateurs français et américain, respectivement. La réalisation du projet permettra d'augmenter la connaissance dans le domaine des bio-capteurs et de la nano-bio-photonique ; il devrait avoir un impact majeur sur le développement et les applications des bio-capteurs et de l'instrumentation liée à ce secteur. Cette demande aspire à développer des technologies ultrasensibles, qui pourront être appliquées avec succès pour le diagnostic médical, la recherche biologique et la sécurité alimentaire.