Capteurs et biophotonique

Le groupe projet « Capteurs et Biophotonique » vise à explorer des concepts photoniques originaux pour la réalisation de capteurs biologiques ou chimiques pouvant répondre à la demande croissante en analyses sanitaires et environnementales ainsi qu’au besoin de diagnostics médicaux toujours plus rapides, plus fiables et moins coûteux.

Approche

Notre approche se positionne autour du mariage entre des concepts « amont » originaux de la photonique et une vision « aval » applicative sur les grands enjeux de la détection par voie optique :

  • Une ingénierie photonique exploitant les concepts de la photonique intégrée, des cristaux photoniques et/ou de la plasmonique, afin d’optimiser l’interaction entre la lumière et les molécules visées : ceci permet le développement de transducteurs génériques ultra-sensibles et compacts, qui sont adaptés, le cas échéant, au criblage moléculaire via l’intégration de matrices de capteurs pour une détection parallèle sans marqueurs de différentes molécules.
  • Une vision applicative forte, supportée d’une part par une interaction étroite avec nos partenaires de l’axe Biotechnologies-Santé de l’INL, et d’autre part par des collaborations extérieures (CEA-Leti, partenaires industriels) : ceci permet de prendre en compte, dès la conception des dispositifs, les problématiques et contraintes liées notamment aux performances en environnement réel, à la fabrication, à la microfluidique ou à la fonctionnalisation des surfaces. Cela permet également un choix judicieux des matériaux en fonction des applications visées : dispositifs en silicium ou nitrure compatibles avec une fabrication sur les plateformes de la microélectronique, dispositifs en polymères pour la détection spécifique de composés organiques, ou encore intégration de structures métalliques permettant une fonctionnalisation de surface localisée.

Cette approche s’appuie sur des développements originaux en termes de nouveaux principes de détection et de modélisation numérique (multi-échelle et multi-matériaux), et adresse des défis technologiques tels que la micro-nano-structuration de matériaux spécifiques (polymères, silicium poreux), l’intégration 3D de réseaux de capteurs ou encore l’intégration hybride de nanostructures métalliques sur plateformes diélectriques.

Thématiques

  • Dispositifs d’optique guidée : cette thématique explore des concepts d’optique guidée innovants (guides d’ondes, résonateurs, structures hybrides métallo-diélectriques) compatibles avec une intégration sur une plateforme de la microélectronique, pour une application à la détection de molécules biologiques.
    Collaborations : INL axe Biotechnologies-Santé, ST Microelectronics, LN2
    Contact : Régis Orobtchouk
  • Puces à cristaux photoniques : cette thématique vise à explorer les différentes facettes de la détection via les cristaux photoniques pour la réalisation de systèmes de diagnostic biochimique (ou médical), avec en particulier :
    • Le développement de dispositifs pour des applications de criblage biomoléculaire, qui répondent aux contraintes d’une utilisation de type « point-of-care » (diagnostic déporté auprès du patient) : rapide, bas coût, compatibles avec une production de masse et avec un système de lecture sans lentille, compact et peu onéreux.
      Collaborations : INL axe Biotechnologies-Santé, CEA-Leti, Avalun
      Projets : ANR CLIPO
      Contact : Cécile Jamois
    • Le développement de nano-pinces optiques pour le piégeage et l’étude des propriétés mécaniques de nano-objets, avec des applications en microfluidique, notamment pour le diagnostic médical basé sur les propriétés de déformation des cellules.
      Collaborations : INL axe Biotechnologies-Santé
      Contacts : Taha Benyattou

Thématiques émergentes

  • Dispositifs en polymères pour la détection spécifique de composés organiques volatils (COV) : cette thématique très exploratoire vise le développement de techniques de fabrication innovantes ainsi que de nouvelles approches de détection optique basée sur les propriétés de déformabilité des polymères pour la réalisation de capteurs spécifiquement conçus pour la détection de COV.
    Collaborations : INL axe Biotechnologies-Santé
    Contact : Lydie Ferrier
  • Systèmes de détection en phase : ce projet explore des techniques alternatives à la détection par mesure d’intensité et qui permettent d’obtenir des limites de détection très faibles via le développement de systèmes de mesure interférentiels par holographie.
    Collaborations : INL axe Biotechnologies-Santé
    Contacts : Lotfi Berguiga

Personnel

  • Coordinateur : Cécile Jamois
  • Permanents : Taha Benyattou, Régis Orobtchouk, Lydie Ferrier, Lotfi Berguiga
  • PhD & Post-doc. : Nicolas Gaignebet
INL CNRS
Capteurs biophotoniques