Towards a Plasmonic and Electrochemical Biosensor Integrated in a Microfluidic Platform

par Juan Manuel Castro Arias

Thèse de doctorat en Electronique et optoélectronique, nano- et microtechnologies

Sous la direction de Anne-Marie Haghiri-Gosnet.

Soutenue le 10-03-2017

à Paris Saclay , dans le cadre de École doctorale Electrical, optical, bio-physics and engineering (Orsay, Essonne ; 2015-....) , en partenariat avec Centre de Nanosciences et de Nanotechnologies (2016-....) (laboratoire) , Université Paris-Sud (établissement opérateur d'inscription) et de Toppan Photomasks France (entreprise) .

Le président du jury était Hafsa Korri-Youssoufi.

Le jury était composé de Anne-Marie Haghiri-Gosnet, Hafsa Korri-Youssoufi, Yong Chen, Jumana Boussey, Andrea Cattoni, Gilles Lérondel.

Les rapporteurs étaient Yong Chen, Jumana Boussey.

  • Titre traduit

    Vers un biocapteur plasmonique et électrochimique intégré dans une plateforme microfluidique


  • Résumé

    Au cours de ma thèse, j'ai développé un procédé de fabrication spécifique capable de produire un biocapteur qui combine deux techniques de biodétection différentes, la réponse plasmonique basée sur la résonance de plasmon de surface localisée (LSPR) et la réponse électrochimique. Les méthodes et les résultats qui sont présentés dans ce manuscrit ont été définis pour converger vers un dispositif fluidique unique combinant ces deux approches de détection différentes. Afin de trouver la configuration permettant l'excitation des résonances plasmoniques, la géométrie des nanocavités MIM (métal/isolant/métal) en réseau de lignes interdigitées a été optimisée par des simulations électromagnétiques. La fabrication par nanoimpression douce assistée UV (SoftUV-NIL) a été optimisée et, finalement, la caractérisation optique de ces nanocavités a été comparée avec succès aux simulations théoriques. Parallèlement à la réalisation de ce dispositif nanostructuré, des dispositifs électrochimiques fluidiques plus simples qui intègrent des microélectrodes classiques ont également été développés. L'objectif était d'abord de développer une chimie innovante pour le couple « biotine/streptavidine » et de comprendre ensuite comment les paramètres fluidiques peuvent affecter l'efficacité de capture des biomolécules. Ce manuscrit se termine par une discussion sur le rôle des paramètres fluidiques concernant l’efficacité de la biodétection sur la base de la théorie de Squires.


  • Résumé

    During my thesis, I worked on the development of a specific fabrication process able to produce a device that combines two different biodetection techniques, plasmonic response based on Localized Surface Plasmon Resonance (LSPR) and electrochemical response. Methods and results that are presented in this manuscript were defined to converge towards a unique fluidic device combining these two different sensing approaches. This device integrates interdigitated array of MIM nanocavities. In order to find the easier working configuration allowing the excitation of plasmonic resonances, their geometry has been optimized through electromagnetic simulations. The fabrication of these dual devices has been optimized based on Soft-UV NIL and, finally, optical characterization of these nanocavities has been successfully compared with theoretical simulations. In parallel to this challenging goal, simpler fluidic electrochemical devices that integrate conventional microelectrodes have also been developed. The goal was first to develop an innovative chemistry for the couple biotin/streptavidin and secondly to learn how fluidic parameters can affect the capture efficiency of molecules. This manuscript ends with a discussion on the role of the fluidic parameters on the biodetection efficiency based on the theory of Squires.


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