Thèse Widesensing Capteurs Biochimiques Plasmoniques Avancés pour une Large Gamme de Détection Dynamique et une Sensibilité Ultra-Élevée H/F - 10

Établissement : Université de technologie de Troyes
École doctorale : Sciences Pour l'Ingénieur
Laboratoire de recherche : Lumière, nanomatériaux & nanotechnologies
Direction de la thèse : Shuwen ZENG ORCID 0000000321887213
Début de la thèse : 2026-10-01
Date limite de candidature : 2026-04-24T23:59:59

Au cours de la dernière décennie, les biocapteurs ont permis d'améliorer significativement la qualité de vie. Ces biocapteurs reposent généralement sur des systèmes capables de détecter des signaux électroniques ou optiques, reflétant les concentrations de molécules chimiques et biologiques. Selon un rapport récent, le marché mondial des biocapteurs a atteint 33,16 milliards de dollars en 2025 et devrait doubler pour atteindre 61,26 milliards de dollars en 2034. Parmi les applications concrètes recensées figurent l'analyse de l'ADN, le dosage du glucose sanguin et la détection de toxines dans l'eau, les aliments et l'atmosphère. Cependant, les biocapteurs actuellement disponibles présentent soit une faible sensibilité pour une large gamme dynamique, comme le test ELISA, soit une sensibilité élevée mais une gamme de détection étroite, comme les biocapteurs nanopores. De ce fait, leur application à la surveillance continue et en temps réel de processus chimiques et biologiques à différentes étapes, notamment pour l'évaluation des maladies et de l'environnement, s'avère complexe.
Ce projet propose un nouveau capteur optique basé sur l'utilisation de nanofilms à accord thermique comme substrats de détection. Ces puces de détection présentent l'avantage potentiel d'offrir une analyse continue et reconfigurable des interactions moléculaires, avec une large gamme de détection et une faible limite de détection pour les marqueurs de très petite taille. Les capteurs optiques offrent plusieurs avantages que d'autres capteurs (électrochimiques et à transistors à effet de champ) présentent et qui sont difficiles à obtenir, tels qu'une détection en temps réel et sans marquage, avec une sensibilité nettement supérieure (100 à 1 000 fois plus élevée). Les capteurs à résonance plasmonique de surface (RPS) sont à ce jour parmi les plus sensibles et les plus sélectifs, comparés aux autres dispositifs de détection optique.
Ce projet de doctorat, d'une durée de trois ans, vise à développer un nouveau dispositif optique : un capteur thermiquement accordable à large gamme dynamique (à base de matériaux VO2 dopés) et une méthode de détection SPR de haute sensibilité fondée sur la singularité de phase. Ces fortes interactions d'ondes plasmoniques de surface permettront un suivi continu des processus moléculaires à différentes étapes. Le L2n bénéficie des ressources de la plateforme NanoMat et toutes les techniques nécessaires à la réalisation de ce projet sont déjà en place ou en cours d'installation.
Pour la fabrication du substrat de détection SPR à accord thermique en VO2 dopé, les installations technologiques de la plateforme L2n seront utilisées. Les couches d'or des nano-substrats de détection plasmonique seront fabriquées soit par évaporation par faisceau d'électrons (MEB 400 Plassys-Bestek, L2n), soit par pulvérisation cathodique magnétron DC (MP300 Plassys-Bestek, L2n) à partir d'une cible d'or stoechiométrique de 2 pouces de diamètre (cibles de haute pureté 99,99 %, Neyco Vacuum & Materials, France) sur des substrats en verre. De plus, plusieurs montages de résonance plasmon de surface ont déjà été construits par la directrice de thèse au L2n, permettant ainsi la caractérisation des signaux d'intensité et de phase des substrats de détection.

Nanophotonic devices are widely used to study fundamental biological processes at the molecular level, all the way to quantum information processing. Among all approaches, surface plasmon resonance (SPR) sensors are of great interest due to their ability to detect biomolecules in real-time. In particular, SPR detection substrates based on plasmonic metasurface structures can surpass the detection limits of current metallic substrates [1-2]. The sub-nanometer tunability of plasmonic nanostructures allows for precise control of the resonance at the detection interface. Optimizing the coupling with the nanostructures leads to the exceptional property of generating a near-extinction of the reflected SPR signal, and this increased substrate absorption should provide an effective means of detecting small biomolecules in just 20 minutes with high signal-to-noise ratio.