Projet ANR-15-CE04-0001 – LOUISE : Capteur infrarouge intégré basé sur l'effet SEIRA pour une détection efficace d'une faible concentration d'espèces chimiques et biologiques
Programme : Innovations scientifiques et technologiques pour anticiper ou remédier les risques environnementaux (DS0104) 2015
Année de financement : 2015
Coordinateur du projet : Madame VIRGINIE NAZABAL (Institut Sciences Chimiques de Rennes)
Partenaires : Laboratoire public; Laboratoire public; Laboratoire public; Laboratoire public; Laboratoire public
Montant : 469955.0 euros
Date de début : 2015
Durée : 36 mois
Résumé : Ces dernières décennies, les mers et les océans font l'objet d'une surveillance toute particulière compte tenu des intérêts socio-économiques et écologiques mis en jeu. La détection et le dosage de polluants chimiques à l'état de traces (tels que les HAP-hydrocarbures aromatiques polycycliques- ou les pesticides) est la clé de voûte de nombreuses problématiques océanographiques tels que la surveillance environnementale ou l'étude et la prévision de la propagation d’espèces chimiques dans les écosystèmes complexes. Le développement de capteur et d'analyseur portable et compact est fondamental pour les études in situ très complémentaires des techniques de laboratoire. Toutefois, la conversion des techniques utilisées en laboratoire en dispositifs de terrain nécessite le développement de micro-composants intégrés capables d'effectuer des mesures précises, sensibles et de hautes résolutions dans des environnements sévères. La capacité de détecter rapidement, d’identifier et de surveiller des espèces (bio)-chimiques via l’utilisation de plateformes optiques intégrées de petites dimensions est également un impératif majeur dans le domaine de la santé où le développement d’outils de diagnostic précoce pour la médecine est devenu un enjeu de première importance. 
Dans un contexte de demande croissante de capteurs intégrés pour des applications environnementales et biologiques, l'objectif du projet LOUISE est de concevoir et d’évaluer un microcomposant permettant de mettre en œuvre une technologie innovante : la spectroscopie infrarouge par ondes évanescentes amplifiée par des effets de plasmonique de surface, nommée SEIRA-EWS. 
Nous portons nos efforts, pour la plateforme optique, sur les verres chalcogénures pour leur flexibilité technologique nécessaire à la réalisation de ces micro-capteurs : plateforme intégrée avec propagation dans le moyen-IR qui soit compatible avec la technologie CMOS et adaptée à la production de masse. L’autre aspect essentiel de ce projet réside dans les nanoantennes d’or qui vont exalter l’absorption infrarouge des molécules ciblées (HAP et biomarqueurs) par des phénomènes plasmoniques à la surface du guide d’onde où se propage l’onde evanescente m-IR. Ces nanostructures d'or sous forme d’un réseau de nanofils seront ainsi déposées à la surface du guide de chalcogénures pour améliorer l'absorption IR et donc la détection des molécules ciblées. La modélisation développée dans le cadre de ce projet permettra d'optimiser le couplage entre les ondes évanescentes m-IR affleurant à la surface du guide d’onde de chalcogénures et les plasmons portés par les nanostructures métalliques afin d’augmenter la sensibilité et la résolution de ce capteur. Les nanoparticules seront ensuite fonctionnalisées par une couche de polymère ou d'anticorps spécifiques pour augmenter encore la sensibilité et pour rendre la détection plus spécifique. Le micro-capteur SEIRA-EWS sera intégré dans un instrument portable et évalué pour la détection d'hydrocarbures et de biomarqueurs de maladie lors des campagnes de validation sur le terrain. A l’issu du projet, le microcapteur devra permettre de détecter deux composés considérés comme représentatifs, le fluoranthène, (un HAP) et le toluène, avec des limites de détection respectives de 0,1µg/L et 70µg/L. Sur le volet Santé, nous allons nous concentrer sur les protéines qui sont connues pour être des biomarqueurs des maladies cardiovasculaires ou du cancer du foie (superoxyde dismutase de manganèse). En utilisant la technique SEIRA-EWS intégrée à micro-capteur IR tel que proposé par ce projet, nous nous attendons à atteindre de très faible concentration de l'ordre de 10^-12 mol/L dans les fluides corporels. 
Ce projet LOUISE offre ainsi la possibilité à un consortium français pluridisciplinaire de développer des capteurs dans le moyen infra-rouge d’une sensibilité amplifiée par une technologie de pointe.