OptoFlu |
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Présentation
L'optofluidique se rapporte aux dispositifs qui intègrent des composants optiques. Manipuler la lumière
et des liquides à l'échelle de quelques micromètres permet d'exploiter leurs intéractions tout en proposant
des puces capables d'intégrer simultanément des sources et des détecteurs sensibles.
Il devient donc possible de combiner sur puce des composants optiques avec des outils simples de manipulation
des fluides, comme des pompes, des vannes, des mélangeurs et des chambres de réactions. Dans cet axe émergent,
nous étudions, d'une part,
des nanostructures photoniques (réseaux et nanoboites plasmoniques) comme biodétecteurs et, d'autre part, des
sources optofluidiques (microlaser à colorant) pour des études d'absorption en intracavité et des analyses spectroscopiques
d'échantillons biologiques.
- Etudes plasmoniques sur puce
La résonance localisée de plasmons de surface d'un réseau de nanostructures métalliques
dépend fortement de la taille, de la forme de la nanostructure et du pas du réseau. Cette résonance
étant extrêment sensible au changement d'indice optique au voisinage de la nanostructure, la détection
d'espèce greffée en surface est donc possible. Ces réseaux plasmoniques peuvent être facilement intégrés
dans des dispositifs microfluidiques.
Nous avons développé plusieurs procédés basés sur la nanoimpression et
la gravure ionique réactive pour fabriquer des réseaux simples (Figure 1) et des nanoboites. Dans le cas
de réseaux de trous en Au, nous avons montré que la réponse spectrale en transmission est corrélée au diamètre
du trou et au pas du réseau (Figure 2). Pour tester leur sensibilité à un changement d'indice, ces réseaux ont été
immergés dans différentes solutions de sucrose. Nous observons un décalage vers le rouge du pic en transmission,
qui varie linéairement avec l'indice croissant de la solution chimique (Figure 3). La sensibilité
au greffage d'une monocouche de thiols d'épaisseur 2 nm confirme la haute sensibilité des réseaux de nanotrous
comme biodétecteurs chimiques.
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| Fig. 1. Image MEB d'un réseau de nanotrous d'Au. |
Fig. 2. Spectres en transmission de trois réseaux de nanotrous avec différents diamètres (d) et pas de réseau (p). |
Fig. 3. Spectre en transmission du réseau au pas p=200nm après immersion dans les solutions de sucrose. |
- Laser à colorant sur puce et absorption intra-cavité
Des lasers microfluidiques accordables travaillant avec
seulement quelques nanolitres de colorant Rhodamine 6G) ont été fabriqués par des
procédés technologiques
PDMS/résine/verre. Ils intègrent des éléments
pour le contrôle des flux (Figure 4), un résonateur en anneau pour la dilution du colorant, un guide d'onde et
une cavité laser en résine (Figure 5). L'émission laser est obtenue à 532 nm. L'accordabilité a été
démontrée sur une gamme de quelques dizaines de nanomètres en variant la concentration de colorant dans la
solution d'éthanol (Figure 6).
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| Fig. 4. Vue générale du laser à colorant microfluidique. |
Fig. 5. Zoom sur la cavité et le guide d'onde en résine. |
Fig. 6. Spectre d'émission laser. L'insert montre l'évolution de la puissance
de sortie du laser en fonction de l'énergie de pompage optique. |
L'absorption intra-cavité laser est une technique reconnue pour la détection ultra-sensible
d'analytes faiblement concentrés. Pour mettre en oeuvre cette méthode, il suffit de rajouter un canal d'analyse
en intra-cavité du laser fluidique. Le passage d'un analyte dans ce canal génère des pertes par absorption qui modifie
considérablement l'intensité du laser. L'émission laser est aussi sensible à tout changement
d'indice en intra-cavité. Nous avons élaboré de tels dispositifs avec une cavité constituée
de deux fibres optiques métallisées, insérées et placées en vis à vis dans une puce PDMS/verre
(Figures 7 and 8). Nous y avons intégré un système de génération de microgouttes produites en ajustant
le flux de deux liquides non miscibles. Nous avons étudié les changements en intensité laser, lors du
passage des gouttes dans le canal d'analyse (Figure 9).
Appliquer cette technique aux gouttes devrait
permettre à terme de suivre la dynamique de réaction intra-goutte, de quantifier un élement en mesurant
son absorption ou même de détecter des traces d'une entité biologique. Cette méthode est non intrusive pour
l'entité biologique, puisqu'il n'est pas nécessaire de marquer le détecteur, comme dans le cas des
nanostructures plasmoniques.
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| Fig. 7. Image du dispositif laser avec un canal d'analyse, couplé au système de production des gouttes. |
Fig. 8. Schéma général du dispositif. |
Fig. 9. Emission laser avant (gauche) et pendant (droite) le passage d'une microgoutte. |
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Et aussi...
PublicationsPublications dans des journaux
- λ³/1000 plasmonic nanocavities for biosensing fabricated by Soft UV Nanoimprint Lithography
, A. Cattoni, P. Ghenuche, A.-M. Haghiri-Gosnet, D. Decanini, J. Chen, J.-L. Pelouard, S. Collin, Nano Lett. 11, 3557 (2011)
- Flow Rate Based Control of Wavelength Emission in a Multicolor Microfluidic Dye Laser
, G. Aubry, S. Meance, A.-M. Haghiri-Gosnet, Q. Kou, Microelectron. Eng. 87, 765 (2010)
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, J. Chen, J. Shi, D. Decanini, E. Cambril, Y. Chen, A.-M. Haghiri-Gosnet, Microelectron. Eng. 86, 632 (2009)
- Fabrication and characterization of metallic nanocavities by nanoimprint lithography
, J. Shi, J. Chen, D. Decanini, Y. Chen, A.-M. Haghiri-Gosnet, Microelectron. Eng. 86, 596 (2009)
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, L. Billot, A. Plecis, Y. Chen, Microelectron. Eng. 85, 1269 (2008)
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- Strongly enhanced third order nonlinear response of periodically nano-structured silicon-on-insulator (SOI) measured by reflection Z-scan with femtosecond pulses , A. Petris, F. Pettazzi, E. Fazio, Ch. Peroz, Y. Chen, V.I. Vlad, M. Bertolotti, J. Optoelectron. Adv. Mater. 8, 1377 (2006)
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