| Summary: | Cette thèse caractérise les propriétés optiques des matériaux plasmoniques
microstructurés et procède à l’évaluation des paramètres analytiques afin de les employer
comme plateforme de biodétection en spectroscopie de résonance des plasmons de surface
(SPR). Aux dimensions micrométriques, les matériaux plasmoniques présentent des
caractéristiques optiques propres aux nano- et macromatériaux. La cartographie physicooptiques
en SPR de matériaux méso- et microscopiques s’est effectuée à l’aide de films
structurés de motifs périodiques triangulaires et circulaires fabriqués par une technique
modifiée de lithographie par nanosphères (nanosphere lithography, NSL). À partir de cette
vue d’ensemble, quelques films structurés ont été sélectionné en fonction d’aspects
analytiques tels que la sensibilité et la résolution face aux variations d’indice de réfraction
(RI) pour déterminer le potentiel de ces matériaux comme plateforme de biodetection. Les
propriétés optiques distinctes des films microstructurés proviennent d’interactions
résonantes entre les modes de plasmons de surface (SP) localisé et délocalisé identifiés par
la relation de dispersion en SPR ainsi que l’imagerie Raman. Les conditions de résonance
des modes SP dépendant de paramètres expérimentaux (λ, θ, η) tel qu’observés
numériquement par rigorous coupled wave analysis (RCWA) et empiriquement. Ces
travaux démontrent la nature plasmonique distincte des micro-matériaux et leur potentiel
d’intégration aux techniques analytiques SPR existantes.
Les matériaux plasmoniques micrométriques furent également étudiés pour
l’implémentation de la SPR à une pointe de microscopie à force atomique (atomic force
microscopy, AFM) combinant ainsi la spectroscopie à l’imagerie topographique. Des
travaux préliminaires se sont concentrés sur la signature spectroscopique de leviers en
silicium (Si) et en nitrure de silicium (Si3N4), l’impact d’un revêtement d’or sur les pointes
et l’influence de milieu environnant. Une image d’origine plasmonique a été obtenue avec
des leviers en Si3N4 revêtus d’or en transmission dans un environnement aqueux, indiquant
ainsi le potentiel de ces pointes comme micro-biocapteur SPR. Ces résultats préliminaires
servent de fondement pour orienter les prochaines investigations dans ce projet. === This thesis characterizes the optical properties of microstructured plasmonic
materials and evaluates analytical parameters to use them as biosensing platforms in surface
plasmon resonance (SPR) spectroscopy. At microscopic dimensions, plasmonic materials
present optical characteristics unique to nano- and macromaterials. A SPR physico-optic
mapping of meso- and microscopic materials was performed using structured films with
triangular and circular periodic patterns fabricate by modified nanosphere lithography
(NSL) technique. From this overview, a few structured films were selected based on
analytical aspects such as sensitivity and resolution with respect to the refractive index (RI)
to determine the potential of these materials as biosensing platforms. The distinct
plasmonic properties of microstructured films emerge from resonant interactions between
localized and propagating surface plasmons (SP) modes identified by the SPR dispersion
relation and by Raman imaging. The conditions of SP modes resonant interactions depend
on experimental parameters (λ, θ, η) as observed numerically in rigorous coupled wave
analysis (RCWA) and empirically. These works show the distinct plasmonic nature of
micromaterials and their potential integration to existing SPR techniques.
Plasmonic micromaterials were also studied for the implementation of SPR to an
atomic force microscopy (AFM) cantilever, hence combining spectroscopy to topographic
imaging. Preliminanry works were focused on the spectroscopic response of silicon (Si)
and silicon nitride (Si3N4) cantilever, the impact of gold coating on the cantilever is tip, and
the influence of the adjacent environment. An image of plasmonic nature was obtained in
transmission spectroscopy with gold coated Si3N4 cantilever in water environment, thus
indicating the potential of these cantilevers as micro-SPR sensing probes. These
preliminary results provide a basis to guide future investigations in this project.
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