Membres
- Permanents : Yves Borensztein, Sébastien Royer
La résonance plasmonique de surface localisée (LSPR) dans les nanoparticules (NPs) métalliques induit une forte exaltation du champ électromagnétique à la surface des NPs. Par conséquent, le suivi de la modification de la résonance plasmonique de surface causé par l’adsorption de molécules à la surface des nanoparticules permet de développer des capteurs plasmoniques. Afin d’atteindre une très haute sensibilité, jusqu’à une molécule unique, nous combinons la technique très sensible de la spectroscopie d’anisotropie de réflectance, précédemment développée dans le groupe pour l’étude des surfaces monocristallines, avec des assemblages de NPs métalliques anisotropes élaborés par évaporation en incidence rasante sur un substrat. La sensibilité obtenue est ainsi beaucoup plus élevée que celle des capteurs plasmoniques conventionnels. En raison de l’effet d’ombrage, les films de NPs ainsi obtenus présentent une anisotropie morphologique et, par conséquent, un fort dichroïsme (Figure 1).
Figure 1 : (a) Image de microscopie électronique à balayage d’un échantillon d’Au, avec une épaisseur massique de 5.0 nm, et une incidence rasante du dépôt de12°. (b) Simulation Monte Carlo prenant en compte l’effet d’ombrage. (c) Spectres de transmission pour les polarisations de la lumière,parallèle (bleu) et perpendiculaire (rouge) à la direction du dépôt. Lignes pointillées : données expérimentales ; lignes continues : calcul basé sur le modèle schématisé dans l’encart. La courbe noire est la transmittance de la lame de verre nue.
En utilisant de tels films formés par des nanoparticules métalliques plates et allongées, nous avons étudié la réaction du dihydrogène avec des nanoparticules d’or [1], nous avons développé un prototype de capteur d’hydrogène, basé sur des nanoparticules de Pd [2]. Plus récemment, une grande sensibilité de volume aux changements d’indice de réfraction a été démontrée, une variation de 10-4 de l’indice de réfraction du milieu ambiant pouvant être atteinte [3]. Ceci est illustré dans la figure 2. De plus, nous avons montré théoriquement qu’une telle sensibilité, dans le cas de l’adsorption de biomolécules, devrait permettre d’atteindre une ultra-haute sensibilité jusqu’à une biomolécule unique, de taille équivalente à celle de l’avidine.
Figure 2 : Suivi du signal d’anisotropie de transmission, , à une longueur d’onde fixe, lors de variations successives de l’indice de réfraction de solutions eau/éthanol, en fonction du temps. La sensibilité atteinte en variation de l’indice de réfraction est de dn=10-4.
A l’avenir, plusieurs directions seront suivies. Tout d’abord, nous allons intensifier nos efforts pour améliorer l’élaboration des échantillons, afin d’augmenter la sensibilité des capteurs. En particulier, nous élaborerons des échantillons « sandwich », composés de NPs d’or en interaction avec une surface métallique à une distance donnée. Un tel système peut induire des résonances dites de Fano, avec un facteur de mérite plus élevé. Deuxièmement, nous utiliserons cette méthode pour étudier la présence de biomolécules dans des milieux liquides (couple avidine / biotine ; détection d’entités pathogènes…), en nous concentrant sur plusieurs aspects : sensibilité, sélectivité, répétabilité, temps de réponse…
Thème transverse
Publications
- William Watkins, Yves Borensztein. Mechanism of hydrogen adsorption on gold nanoparticles and charge transfer probed by anisotropic surface plasmon resonance. Physical Chemistry Chemical Physics, Royal Society of Chemistry, 2017, 19 (40), pp.27397 – 27405. ⟨10.1039/C7CP04843B⟩. ⟨hal-01627748⟩
- William Watkins, Yves Borensztein. Ultrasensitive and fast single wavelength plasmonic hydrogen sensing with anisotropic nanostructured Pd films. Sensors and Actuators B: Chemical, Elsevier, 2018, 273, pp.527 – 535. ⟨10.1016/j.snb.2018.06.013⟩. ⟨hal-01897321⟩
- William Watkins, Antonio Assaf, Geoffroy Prévot, Yves Borensztein. Dichroic Plasmonic Films Based on Anisotropic Au Nanoparticles for Enhanced Sensitivity and Figure of Merit Sensing. Journal of Physical Chemistry C, American Chemical Society, In press, 125, pp.11799 – 11812. ⟨10.1021/acs.jpcc.1c03841⟩. ⟨hal-03235148⟩
