Propriétés polarimétriques des nanostructures pseudo-chirales en relation avec la détection des biomolécules chirales

Cette thèse présente le développement d'un système avancé de biodétection optique qui intègre des résonateurs nanostructurés à une analyse basée sur la polarisation. Au cœur de cette étude se trouve l'exploration du couplage de biomolécules chirales - l'allophycocyanine (APC) - avec des nanostructures plasmoniques artificielles qui présentent une résonance plasmonique de surface localisée (LSPR) et des modes optiques multipolaires - résonateur en forme de U. Le système est conçu pour permettre une détection hautement sensible, sans marquage et en temps réel des interactions biomoléculaires. Les fondements théoriques sont d'abord établis, couvrant les principes de la lumière polarisée, de la chiralité optique, de la résonance plasmonique et des techniques d'immobilisation moléculaire, qui constituent la base de la thèse. L'ellipsométrie spectroscopique est utilisée comme principale méthode expérimentale pour surveiller la cinétique d'adsorption des peptides et analyser le comportement optique du résonateur en forme de U présentant des imperfections induites par la fabrication. L'analyse de polarisation est appliquée pour quantifier les variations subtiles de la réponse optique. Les résultats expérimentaux révèlent une adsorption préférentielle à l'extrémité du résonateur en forme de U, ce qui correspond à la simulation numérique. Les simulations RCWA permettent également de vérifier et de quantifier la réponse optique causée par ces erreurs systématiques. En outre, deux stratégies d'immobilisation sont étudiées pour améliorer le signal. Une méthode physique utilisant de l'alcool polyvinylique (PVA) permet de contrôler de manière réglable l'épaisseur du film afin de confiner l'APC dans la région du champ proche du résonateur en forme de U. Une autre approche chimique basée sur des monocouches auto-assemblées (SAM) de MUA tente de créer une liaison covalente stable sur la surface en or. En résumé, cette étude démontre le rôle synergique de la conception des nanostructures, de l'analyse optique chirale, des modes de résonance multipolaire et de la chimie de surface dans la détermination des performances du système. Ces connaissances constituent une base précieuse pour le développement de plates-formes de biodétection optique haute performance de nouvelle génération.