Label-free biochips : highly-sensitive structures for ultraviolet imaging

Biosensors enables to detect biological interactions, between probes localized at the chip surface, and targets of a solution. Biological applications of biosensing are wide. Here, we present a label-free optical transduction, enabling 2D imaging, and consequently parallel detection of several reactions. It is based on the absorption of biological molecules (at 260 nm for DNA and 280 nm for proteins). In this framework, recently developed AlGaN components can be used. Their emission/responsivity spectrum enables to select the spectral band of interest. Sensitivity is a major requirement of biosensing devices. Configurations leading to enhancement of the interaction between light and biological molecules are of interest. The first multilayer structures enable to locate the biological molecules at the antinode of the electric field. For a better sensitivity, resonant grating structures are then studied. They enable a much better confinement of the electric field close from the biological layer. The protein used in this study is the methionyl-tRNA synthetase. Its absorption is representative of protein absorption, and it can then serve as a model for biological macromolecules detection. The successive steps of chip modelling, fabrication, characterization, biological preparation and then imaging of the chips are described. Imaging of resonant grating is not largely studied, but it results in good sensitivity. In order to increase signal to noise ratio, a pre-dispersed illumination is proposed. It enables to take benefit of all the useful photons of the source by illuminating the chip in () resonant condition for each wavelength.; L'utilisation de bio-puces est basée sur la détection d'interactions biologiques ayant lieu entre des espèces immobilisées à la surface d'une puce ( sondes), et des espèces à détecter (cibles). Ces dispositifs ouvrent de nombreuses applications biologiques. On développe ici une méthode optique sans marquage, avec imagerie bidimensionnelle, basée de façon originale sur l'absorption dans l'ultraviolet des molécules biologiques (à 260 nm pour l'ADN et 280 nm pour les protéines). Dans ce cadre, les nouveaux composants à base d'AlGaN sont particulièrement adaptés car ils permettent de sélectionner précisément la bande spectrale d'intérêt. La sensibilité des méthodes de détection est un critère déterminant. Pour l'améliorer, on étudie ici des configurations qui amplifient l'interaction lumière-élément biologique. Les premières structures multicouches permettent de placer un ventre du champ électrique au niveau de l'élément biologique. Ensuite, on s'attache à utiliser des propriétés des "réseaux résonants", qui concentrent bien davantage le champ électrique au niveau des éléments biologiques. La protéine modèle utilisée est la méthionyl-ARNt synthétase. Elle est représentative et garantit l'applicabilité à n'importe quelle autre molécule biologique. Les étapes de définition des structures, fabrication, caractérisation, dépôt biologique et enfin l'étape finale d'imagerie des biopuces sont décrites. L'imagerie de biopuces optiquement résonantes sur réseau est peu développée, mais on vérifie qu'elle atteint cependant de bonnes sensibilités. Afin d'augmenter le rapport signal sur bruit, il est suggéré d'intégrer le signal sur toute la résonance en pré-dispersant l'éclairage.