Design and optimization of Surface Plasmon Resonance (SPR) biosensors

par Edy Wijaya

Thèse de doctorat en Micro et Nanotechnologies, Acoustique et Télécommunications

Sous la direction de Jean-Pierre Vilcot.

  • Titre traduit

    Conception et optimisation des biocapteurs à base de résonance plasmonique de surface


  • Résumé

    En terme de performance, le biocapteur idéal doit avoir très grande sensibilité, basse limite de détection et temps d’analyse qui est extrêmement court. Les biocapteurs sans marquage à base de résonance de plasmons de surface (biocapteurs SPR) possèdent naturellement le temps d’analyse le plus court parmi différent types de biocapteurs. Leur limite de détection n’est cependant pas la plus impressionnante. Il y a donc un besoin pour augmenter considérablement la sensibilité intrinsèque des biocapteurs SPR afin de permettre de plus basses limites de détection. Quelques approches pour exalter la sensibilité optique des biocapteurs SPR dans la configuration « traditionnel » de Krestchmann telles que film SPR bimétallique, plasmons à longues portées et détection dans l’infrarouge proche sont examinées dans ce travail. Des configurations « non traditionnelles » comme guides optiques planaires avec couplage par réseau et structures sub-longueur d’ondes ont été aussi théoriquement étudiées. Nouvelle stratégie de fonctionnalisation de surface à base de graphène qui augmente la sensibilité de reconnaissance biomoléculaire et peut être appliquée à quasiment toute structure SPR a été également démontrée.


  • Résumé

    In terms of performance, the ideal biosensor should have high sensitivity, low limits of detection, and extremely short analysis time. Label-free surface plasmon resonance (SPR) biosensors naturally offer the shortest analysis time compared to other types of biosensors. On the other hand, the limits of detection of SPR biosensors are not the most impressive. The inherent sensitivity of SPR biosensors thus needs to be significantly improved to allow lower limits of detection. Several approaches for the enhancement of optical sensitivity of SPR biosensors in the “traditional” attenuated total reflection (ATR) Kretschmann configuration such as the use of bimetallic SPR film, long-range surface plasmons, and near-infrared operating wavelength have been investigated in this work. In addition, some “non traditional” configurations for SPR biosensors including grating-coupled planar optical waveguides and arrays of sub-wavelength structures have been theoretically studied. Novel graphene-based surface functionalization strategy with enhanced biorecognition sensitivity that can be applied to virtually any SPR structure has also been demonstrated.


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