Fonctionnalisation de surfaces hétérogènes or / silice pour l'ancrage sélectif de biomolécules et colloïdes sur biocapteurs LSPR

Surface functionalization of heterogeneous gold / silica substrates for the selective anchoring of biomolecules and colloids onto LSPR biosensors

• Auteur / Autrice : Francisco Palazon
• Direction : Jean-Pierre Cloarec, Yann Chevolot
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Matériaux
• Date : Soutenance le 18/09/2014
• Etablissement(s) : Ecully, Ecole centrale de Lyon
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole doctorale Matériaux de Lyon (Villeurbanne ; 1992?-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut des nanotechnologies de Lyon - Site d'Ecully / INL
• Jury : Président / Présidente : Didier Léonard
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Eliane Souteyrand, Michael Canva, Stéphane Collin
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Luc Vellutini, Giacomo Ceccone

Mots clés

Mots clés contrôlés

Colloïdes

Biomolécules

Biocapteurs

Mots clés libres

Fonctionnalisation de surfaces

Or / Silice

Biocapteurs LSPR

Surfaces functionalization

Gold / Silica

LSPR biosensors

Résumé

La fonctionnalisation chimique de surfaces hétérogènes (fonctionnalisation orthogonale) est une méthode efficace pour diriger l’ancrage de diverses cibles (biomolécules ou nano-objets) sur des zones précises prédéfinies sur un substrat. Ceci est particulièrement intéressant dans le domaine des biocapteurs à plasmons localisés (LSPR) où la transduction ne peut se faire que sur des nano- structures métalliques. L’enjeu est alors d’assurer que les molécules à détecter se fixent spécifiquement sur ces nanostructures et ne s’adsorbent pas sur la surface diélectrique environnante. Dans ce but, nous avons développé dans cette thèse des fonctionnalisations orthogonales de surfaces micro et nanostructurées d’or sur silice à l’aide de divers thiols et silanes. Par rapport à l’état de l’art dans ce domaine, nous avons notamment proposé un protocole en une seule étape et démontré la bonne orthogonalité de ces fonctionnalisations par différentes méthodes de caractérisation chimique de surface (notamment PM-IRRAS, XPS et ToF-SIMS). De plus, ces fonctionnalisations sélectives ont permis l’ancrage spécifique de diverses nanoparticules de latex sur des micro et nanostructures d’or entourées de silice, démontré par MEB. Actuellement, cette méthodologie est en cours d’application dans deux composants photoniques différents où l’on attend d’une part des effets d’exaltation de fluorescence par couplage de nano-antennes et nanobilles marquées et d’autre part un gain en sensibilité d’un biocapteur LSPR pour la détection de différentes biomolécules.

Orthogonal surface chemical functionalization is an efficient method for the selective trapping of different targets (biomolecules or nano-objects) onto predefined regions of a patterned substrate. This is specially interesting in the field of localized surface plasmon resonance (LSPR) biosensors, where transduction only occurs on metallic nanostructures. The aim is thus to ensure that the target molecules can be selectively anchored onto these nanostructures and not adsorbed on the surroun- ding dielectric surface. Thus, we have developped during this PhD different orthogonal functio- nalizations of micro and nanopatterned gold on silica surfaces with thiols and silanes. In regards to the state of the art in this topic, we have proposed a single-step protocol and demonstrated the good orthogonality of such functionalizations by extensive surface chemical characterization including PM-IRRAS, XPS and ToF-SIMS analysis. Furthermore, these functionalizations have been used for the selective anchoring of different latex nanoparticles onto micro and nanopatterns of gold surrounded by silica, as shown by SEM. At the moment, this methodology is being applied in two different photonic devices where we expect on the one hand a coupling between fluorescent nano- beads and plasmonic nano-antennas and, on the other hand, the increase in sensitivity of an LSPR biosensor for detecting different biomolecules.