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Biocapteurs Photoniques à Base de Silicium Poreux – BiP BiP

Résumé de soumission

L?objectif de ce projet est la réalisation de cristaux photoniques à base de silicium poreux pour des applications à la biodétection. En combinant les propriétés uniques des cristaux photoniques planaires avec celles du silicium poreux, des dispositifs photoniques ayant un intérêt majeur pour la biodétection peuvent être conçus et réalisés. En effet, la porosité du matériau permet à ces dispositifs d?atteindre une très haute sensibilité de biodétection, car la surface interne du silicium qui est disponible pour le procédé de reconnaissance biologique est beaucoup plus importante que dans le cas de composants surfaciques plans ou en matériau massif. En outre, les cristaux photoniques offrent une grande flexibilité dans la conception ainsi qu?une ingénierie des propriétés de dispersion. Ces propriétés de dispersion permettent d?obtenir des modes fortement résonants qui présentent des propriétés de réflexion/transmission très originales. En particulier, s?ils sont excités par un faisceau incident perpendiculairement à la membrane, ces modes peuvent entrainer une réflexion totale de la lumière, alors que la lumière est transmise si ces modes ne sont pas excités. Les biocapteurs proposés sont des cristaux photoniques planaires réalisés dans une couche de silicium poreux de faible porosité sur un substrat de forte porosité. Leur principe est simple : à l?état initial, où aucun processus de reconnaissance biologique n?intervient dans les pores du silicium, le mode résonant est excité. Dans ce cas, le cristal photonique se comporte comme un miroir parfait, aucune lumière n?est transmise. Si un procédé de reconnaissance biologique intervient dans les pores du silicium, la présence de biomolécules supplémentaires dues aux interactions biologiques entraine une variation de l?indice effectif du silicium poreux, donc un déplacement du mode résonant. La lumière est transmise à travers le dispositif. Ainsi, le procédé de reconnaissance biologique peut être détecté. Le programme scientifique du projet se décompose en 4 tâches : la conception des dispositifs photoniques, leur réalisation technologique, la fonctionnalisation du silicium poreux pour la biodétection, et enfin la caractérisation optique. Ces tâches s?organisent en fonction de la réalisation de 2 démonstrateurs successifs, le premier destiné à des observations en réflexion, et le second en transmission. La tâche de conception concerne la modélisation de cristaux photoniques planaires à base de silicium poreux présentant un mode résonant ayant les propriétés présentées ci-dessus. Après une étude générale, ces dispositifs seront conçus pour un fonctionnement en milieu fluidique et pour être extrêmement sensibles aux variations d?indice. Ce travail repose sur l?expertise de l?INL sur les modes résonants des cristaux photoniques planaires et sur la photonique sur silicium poreux. La réalisation technologique des dispositifs comporte 2 verrous. Le premier est la microstructuration du silicium poreux nécessaire à la fabrication des cristaux photoniques ; la levée de ce premier verrou permettra la réalisation du premier démonstrateur, sur substrat de silicium, pour des études en réflexion. Le second verrou est le report de la membrane poreuse sur verre, qui permettra la réalisation du second démonstrateur destiné à des études en transmission. Ces deux procédés technologiques seront développés sur la plateforme Nanolyon et devraient avoir un impact important au-delà des frontières de la photonique. La tâche de fonctionnalisation du silicium poreux regroupe tous les protocoles biochimiques nécessaires pour immobiliser des biomolécules sondes sur les parois du silicium poreux, avec lesquelles interagiront les biomolécules cibles à détecter. Deux processus de reconnaissance biologique seront testés, l?hybridation de l?ADN et l?interaction antigène/anticorps. Le verrou technologique à lever est la limitation de l?adsorption non-spécifique, qui permet d?autoriser les biomolécules cibles à interagir exclusivement avec les molécules sondes. Enfin, la tâche de caractérisation optique fera appel à diverses techniques permettant une étude très complète des dispositifs photoniques et de leur potentiel pour la biodétection : caractérisation des modes résonants en champ proche, études spectroscopiques des propriétés de réflexion pour le premier démonstrateur et de transmission pour le second. Les dispositifs seront également étudiés en milieu aqueux. Le verrou technologique à lever porte sur la mise en évidence de la biodétection dans les dispositifs par des mesures in-situ. En conclusion, ce projet présente un grand potentiel, aussi bien d?un point de vue des nouveaux concepts et dispositifs photoniques que d?un point de vue des développements technologiques et biochimiques. Il ouvre ainsi de grandes perspectives dans les domaines de la photonique, de la technologie et de la biodétection.

Coordination du projet

L'auteur de ce résumé est le coordinateur du projet, qui est responsable du contenu de ce résumé. L'ANR décline par conséquent toute responsabilité quant à son contenu.

Partenaire

Aide de l'ANR 0 euros
Début et durée du projet scientifique : - 0 Mois

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