Thèse de doctorat : Biologie, biotechnologie environnementale : Metz : 2001. / Thèse : 2001METZ019S. Bibliogr. p.128-141.

Thèse de doctorat : Toxicologie de l'environnement : Metz : 2000. / Thèse : 2000METZ052S. Bibliogr. p. 142-168.

Reproduction de : Thèse doctorat : Chimie physique : Université de Cergy-Pontoise : 2005. / Titre provenant de l'écran titre. Bibliogr. p.200-213.

Thèse (M.Sc.)--Université Laval, 2007. / Bibliogr.: f. 114-117. Publié aussi en version électronique dans la Collection Mémoires et thèses électroniques.

Thèse de doctorat : sciences. Chimie : Ecully, Ecole centrale de Lyon : 2006. Thèse de doctorat : sciences. Chimie : Monastir, Institut supérieur de biotechnologie : 2006. / 304 réf.

Thèse de doctorat : sciences. Chimie : Ecully, Ecole centrale de Lyon : 2006. Thèse de doctorat : sciences. Chimie : Monastir, Institut supérieur de biotechnologie : 2006. / 304 réf.

Thèse de doctorat : Sciences chimiques. Polymères : Bordeaux 1 : 2009. / Titre provenant de l'écran-titre.

Thèse (M.Sc.)--Université Laval, 2002. / Bibliogr.: f. 72-75. Publié aussi en version électronique.

Le besoin croissant de biocapteurs optiques compacts, sélectifs, ultrasensibles, rapides et bas coût dans les domaines médical et environnemental a engendré une émergence de solutions technologiques, notamment les capteurs à bases de microrésonateurs optiques. Ces types de biocapteurs sont capables de fournir une détection sélective de très faibles concentrations de biomolécules si leurs surfaces sont fonctionnalisées. En revanche, les deux méthodes optiques d'interrogation actuelles, balayage spectral et variation de l’intensité, ne peuvent ni fournir la sensibilité de la phase du signal optique propagé dans le capteur, ni les paramètres opto-géométriques (perte par propagation, l'indice effectif, coefficient de couplage, etc) nécessaires pour une modélisation de la réponse du capteur. Pour accéder à ces informations, nous avons proposé d’utiliser l'interféromètre optique à faible cohérence sensible à la phase comme une technique alternative d’interrogation et de caractérisation de microrésonateurs. La première partie des travaux de cette thèse est consacrée à l’étude de conception et de réalisation de microrésonateurs monomodes possédant un facteur de qualité supérieur à 20000 dans l'eau. Cette étude a été validée par la réalisation technologique, à l'aide des procédés de photolithographie classique et de gravure sèche au plasma d'oxygène, de microrésonateurs polymères possédant des facteurs de qualité allant jusqu'à 38 200. La deuxième partie des travaux de thèse est dédiée à l'adaptation du dispositif PS-OLCI, initialement développé au Laboratoire National de Métrologie et d'Essais (LNE) pour interroger les composants des télécommunications optiques, pour la caractérisation de microrésonateurs optiques. Les résultats obtenus en évaluant les performances spatiales et spectrales de différents microrésonateurs ont montré que le dispositif PS-OLCI n'est pas seulement un outil d'interrogation et de caractérisation mais aussi un véritable outil d’aide à la conception de microrésonateurs optiques. Une modélisation, validée par l'ajustement des mesures expérimentales, de la réponse PS-OLCI d'un microrésonateur, met en évidence la relation existant entre l'interférogramme et les intégrales de Fresnel. La dernière partie de nos travaux concerne l'association du dispositif PS-OLCI et d’un composant optofluidique, constitué de microrésonateurs et d’un circuit microfluidique en polymères, pour la détection d’espèces biologiques. A cet effet, la molécule de glucose a été choisie pour démontrer la détection homogène ou volumique en solution aqueuse en obtenant respectivement les limites de détection de l'ordre de 50 µg/ml et de 2 µg/ml en exploitant l’intensité ou la phase des mesures PS-OLCI. Ces performances démontrent la capacité de notre capteur à déceler des biomolécules en faible concentration ainsi que la pertinence de la mesure de la phase, d'où l'intérêt du dispositif PS-OLCI. Pour remédier au problème de sélectivité du capteur en détection homogène, la méthode de détection surfacique est utilisée. La problématique de chimie de surface des polymères, c'est à dire la fonctionnalisation des surfaces des guides polymères en vue d’une détection surfacique, a d'abord été effectuée. Les limites de détection obtenues en détection surfacique sont ensuite évaluées à leur tour pour différents types de molécules particulièrement les protéines telles que la streptavidine ou la biotine. Les performances de détection de streptavidine obtenues sont au moins 10 fois meilleures que celles obtenues à l’aide de la technique de Résonance de Plasmons de Surface considérée à ce jour comme la technique de référence en biodétection sans marqueur. Ces premiers résultats, présentant des marges importantes d’amélioration, contribuent à démontrer que les capteurs à base de microrésonateurs optiques sont des candidats potentiels très prometteurs pour la détection de très faibles concentrations de biomolécules pour l’analyse biochimique. / The increasing need for compact, selective, ultrasensitive, fast and affordable optical biosensors in the medical and environmental sectors gave rise to new technological solutions, especially regarding sensors based on optical microresonators. If their surfaces are functionalized, these biosensors can provide a selective detection of low concentrations of biomolecules. However, two common optical interrogation methods – spectral scanning and intensity variation – cannot provide the same sensitivity as the method using phase detection of the guided modes nor the opto-geometrical parameters (propagation loss, effective refractive index, coupling coefficient), needed for the modeling of the sensor response. To get this information, we proposed to use the Phase Sensitive-Optical Low Coherence Interferometer (PS-OLCI) as a new alternative technical solution for interrogation and characterization of microresonators. The first part of this thesis is dedicated to the conception and fabrication of single mode microresonators with a quality factor higher than 20 000 in water. This work was validated by the manufacture of polymer microresonators with a quality factor up to 38 200, using UV photolithography and Reactive Ion Etching (RIE) processes. The second part of this work covers the adaptation of PS-OLCI setup, initially developed at Laboratoire national de métrologie et d'essais (LNE), to interrogate optical telecommunication devices, for the characterization of optical microresonators. The results, obtained through the analysis of spatial and spectral performances of various microresonators, showed that the PS-OLCI setup is not only an interrogation and characterization tool but also a real support tool for designing optical microresonators. The performed modelling of the PS-OLCI and microresonator association response, validated by the fitting of the experimental data, demonstrated the relation between PS-OLCI measurements and Fresnel integrals. The last part of this work is dedicated to label free biosensing experiments using PS-OLCI setup associated to an optofluidic component, made of polymer optical microresonators and polymer microfluidic circuit, to detect biological species. The glucose molecule was chosen to demonstrate the homogeneous sensing experiments in aqueous solution. The obtained detection limits are around 50 µg/ml when we exploited intensity and around 2 µg/ml when we exploited the PS-OLCI measurements phase. These results demonstrate the high sensitivity of the proposed biosensor as well as the value of the optical phase measurement, hence the interest of PS-OLCI set up. To address the problem of sensor selectivity in homogeneous sensing method, surface sensing experiences were performed. The first step of this method was the functionalization of the sensor surface, by binding adequate recognition molecular sites to the sensor surface in order to immobilize target molecules. Proteins were then chosen to perform this very same type of experiences. The preliminary results in the 0.02 pg/mm2 range clearly show that our sensors is ten times more sensitive than Surface Plasmon Resonance, which is actually considered among the most successful label free sensing methods. These first results, which can be improved, demonstrate that the sensors based on optical microresonators are promising candidates for the detection of low concentrations of biomolecules for biochemical investigation.

Durant la dernière décennie, la résonance de plasmon de surface (SPR) est devenue très populaire pour effectuer des analyses au cours d’un greffage chimique (ou biochimique) et étudier ainsi des réactions chimiques. Ce travail de thèse avait pour but de développer une méthode lithographique alternative, la nanoimpression assistée UV dite «douce», qui permet de fabriquer des réseaux de nanomotifs sur de très grandes surfaces (voir chapitre 1 - état de l’art) pour générer des nanostructures métalliques SPR intégrables. Les chapitres 2 et 3 étudient les paramètres expérimentaux de la nanoimpression pour obtenir des nanostructures hautement résolues et avec un minimum de défaut. Notre étude optique a été menée ensuite sur des réseaux de nanotrous imprimés dans des films d’or (chapitre 4). Le mécanisme physique du phénomène de transmission assistée par les plasmon est étudié de manière systématique d’après l’évolution de la position du pic de transmission avec les paramètres structuraux. Des mesures réalisées dans un système fluidique ont ensuite montré une réponse à un faible changement de l’indice de réfraction à la surface du réseau. Enfin, le dernier chapitre (chapitre 5) présente une nouvelle géométrie de biocapteurs optique basé sur une structure tri-couche dans une géométrie de type «nanocavité» à plasmon localisé (LSPR). Ces capteurs LSPR à nanocavités permettent d’améliorer le facteur de mérite d’un ordre de grandeur par rapport aux LSPR classiques. Leurs propriétés de résonance sont discutées à l’aide d’outils de simulation numérique. Enfin, nous démontrons qu’un tel capteur possède une grande sensibilité à la détection de biomolécules et serait donc adapté à l’étude d’interactions immunochimiques. / During the last decade, surface plasmon resonance (SPR) has become widely used to characterize a biological surface and to characterize binding events in the fields of chemistry and biochemistry. Research in this field has been favoured by the tremendous growth in nanofabrication methods among which soft lithographies are alternatively emerging. The purpose of this thesis work was to develop soft UV nanoimprint lithography, an emerging flexible technology allowing patterning on large area of subwavelength photonic nanostructures. The main advantages offered by soft UV nanoimprint lithography concern the simple patterning procedure and the low cost of the experimental setup (see state-of-art presented in chapter 1). Chapters 2 and 3 present the fabrication of master stamps, the study of nanoimprinting parameters coupled with the optimization of the etching process in order to get metallic nanostructures with limited pattern defects. The physical mechanisms of the transmission phenomenon exalted by surface plasmons were studied based on arrays of imprinted gold nanoholes (chapter 4). Extraordinary light transmission has been experimentally demonstrated. The geometrical effects on the position transmission peak were systematically analyzed. Proof-of-concept measurements performed in simple fluidic device indicate a response to small changes in refractive index in the surface vicinity. Finally, chapter 5 proposes a novel design for the optical sensor which is based on “nanocavities” exhibiting coupled localized plasmons. This LSPR sensor offers an improvement of one order of magnitude of the Figure of Merit compared to classical LSPR sensors. The resonance properties of these innovative nanocavities have been studied from numerical simulations and discussed based on their geometrical dependence. Since this system has demonstrated higher sensitivity for detection of biomolecules, it is thus fully adapted to study immunochemical binding interactions.