CAFEMICRO
Nous proposons de développer un capteur de fluorescence très sensible pour la microfluidique en exploitant les effets de confinement et d'exaltation d'un champ électromagnétique dans les interstices d'une structure métallique. Le capteur sera obtenu par assemblage de particules d'or anisométriques par diélectrophorèse.
Le projet nécessite de caractériser finement l'effet de la force de diélectrophorèse sur le mouvement des particules. Nous utiliserons la spectroscopie de corrélation croisée des fluctuations (FCCS) de la luminescence intrinsèque (excitée à deux photons) de nano-bâtonnets en or (NB). L'analyse des profils de corrélation fournira la valeur des constantes de diffusion et de rotation des NB. Leur évolution, en fonction de la position de la tache laser, permettra de cartographier la répartition du champ électrique et de la température entre (et autour) des micro-électrodes, à l'échelle du micron. La détermination du seuil de piégeage électrique des particules sera déduite de l'évolution de ces profils en fonction de l'amplitude du gradient de champ. Ces pinces électriques seront utilisées pour nano-structurer les particules selon un motif qui dépendra de leur polarisabilité. Les interactions entre les particules provoquent des modifications importantes de leurs résonances plasmons, donc du spectre de la luminescence qui dépend des plasmons. Nous combinerons FCCS et spectroscopie polarisée des photons de luminescence pour suivre l'évolution du piégeage des NB. Nous testerons la capacité des interstices entre les particules à exalter le signal de fluorescence des molécules en fonction de leur dilution pour déterminer la sensibilité d'un tel capteur et sa possibilité de commutation.
Un des caractères innovants du projet sont les échelles spatiales avec lesquelles seront réalisées les mesures de dynamique et de température ainsi que les mesures d'évolution du spectre de luminescence des particules. Il n'y a que peu ou pas d'exemples d'utilisation des propriétés optiques de particules métalliques anisotropes comme sondes des propriétés d'un dispositif microfluidique.
Le projet nécessite de caractériser finement l'effet de la force de diélectrophorèse sur le mouvement des particules. Nous utiliserons la spectroscopie de corrélation croisée des fluctuations (FCCS) de la luminescence intrinsèque (excitée à deux photons) de nano-bâtonnets en or (NB). L'analyse des profils de corrélation fournira la valeur des constantes de diffusion et de rotation des NB. Leur évolution, en fonction de la position de la tache laser, permettra de cartographier la répartition du champ électrique et de la température entre (et autour) des micro-électrodes, à l'échelle du micron. La détermination du seuil de piégeage électrique des particules sera déduite de l'évolution de ces profils en fonction de l'amplitude du gradient de champ. Ces pinces électriques seront utilisées pour nano-structurer les particules selon un motif qui dépendra de leur polarisabilité. Les interactions entre les particules provoquent des modifications importantes de leurs résonances plasmons, donc du spectre de la luminescence qui dépend des plasmons. Nous combinerons FCCS et spectroscopie polarisée des photons de luminescence pour suivre l'évolution du piégeage des NB. Nous testerons la capacité des interstices entre les particules à exalter le signal de fluorescence des molécules en fonction de leur dilution pour déterminer la sensibilité d'un tel capteur et sa possibilité de commutation.
Un des caractères innovants du projet sont les échelles spatiales avec lesquelles seront réalisées les mesures de dynamique et de température ainsi que les mesures d'évolution du spectre de luminescence des particules. Il n'y a que peu ou pas d'exemples d'utilisation des propriétés optiques de particules métalliques anisotropes comme sondes des propriétés d'un dispositif microfluidique.
Légende : Résultats préliminaires du projet CAFE-MICRO ; A) schéma de principe de la spectroscopie de corrélation de fluorescence ; B) Image TEM de nanobâtonnets d'or synthétisés au PPSM de rapport d'aspect 4 ; C) Spectre d'absorption des nanobâtonnets B ; D) Profil de la fonction de corrélation des nanobâtonnets B diffusant librement en goutte ; points rouges, données expérimentales, courbe bleue (1) fit de la contribution de translation, courbe verte (2) fit de la contribution de rotation.
L'anisométrie (anisotropie de forme) des particules est exploitée à deux titres dans ce projet : comme capteur de température via la contribution de rotation et comme facteur déclenchant de l'alignement des NB. Les méthodes utilisées sensibles à la particule unique doivent permettre de contrôler très finement les propriétés du dispositif microfluidique. La FCS (et non la FCCS) par exemple a surtout été utilisée en microfluidique pour étudier la dynamique des flux dans des microcanaux. La seconde originalité majeure est d'étudier in situ la nanostructuration des mêmes particules par les pinces électriques. Les quelques études sur l'effet des pinces électriques utilisent l'imagerie MEB pour sonder la structuration des objets déposés in fine sur un substrat.