Brevet FR2873203A1 — publié le 20060120

PROCÉDÉ POUR DÉTERMINER DES RÉSONANCES DE PLASMONS DE SURFACE SUR DES SURFACES DE MESURE BIDIMENSIONNELLES L'invention concerne un procédé pour déterminer des résonances de plasmons de surface sur des surfaces de mesure bidimensionnelles, selon lequel la surface de mesure, qui est formée par un film métallique mince et est placée en contact avec un échantillon à mesurer, est éclairée et la distribution de l'intensité dans le faisceau réfléchi est mesurée. La résonance de plasmons de surface est un procédé usuel qui peut être utilisé pour la caractérisation simultanée d'analytes dans des structures bidimensionnelles. La résonance des plasmons de surface est le résultat de l'interaction entre les ondes électromagnétiques et le nuage libre d'électrons d'une surface conductrice. La réso- nance de plasmons de surface est basée sur la réflexion totale interne au niveau de l'interface entre un diélectrique et une couche métallique, c'est-à-dire entre deux milieux, dont les constantes diélectriques possèdent des signes différents. Une onde de surface électromagnétique fortement amortie se propage le long de la couche métallique. Dans le volume de l'onde électromagnétique amortie on détecte des variations de concentration, par exemple de biomolécules, sous la forme de modifications de l'indice de réfraction sur la surface. Ceci conduit à une modification de la condition de résonance de l'onde électromagnétique lumineuse réfléchie sur la couche métallique. En fonction du type de détection, la modification de l'angle de réflexion, pour lequel l'intensité de la lumière réfléchie présente un minimum (résonance), ou la variation de la longueur d'onde de résonance pour un angle d'incidence fixe peut être détectée. Le type de détection indiqué en premier lieu est réalisé habituellement dans le dispositif dit de Kretschmann, dans lequel une couche très mince d'or ou analogue est déposée par évaporation sur la surface de base d'un prisme, une lumière monochromatique est émise sous différents angles d'incidence en direction de la couche d'or et l'intensité réfléchie est enregistrée en fonction de l'angle. On choisit l'angle d'incidence de telle sorte que la longueur d'onde du rayonnement est réglée sur les flancs pentus de la résonance de plasmons. Une modification de l'indice de réfraction dans le milieu jouxtant la surface irradiée conduit à un décalage de la résonance et par conséquent à une variation d'intensité du faisceau réfléchi, qui peut être mesurée au moyen d'un appareil de prise de vues CCD ou d'un dispositif en plan de photodétecteurs et ce d'une manière simultanée et avec la résolution locale Ce procédé est connu déjà depuis le début des années 70 du siècle précédent, mais n'a trouvé jusqu'alors aucune utilisation commerciale notable, ce qui est imputable en premier lieu au fait qu'il est sensible à des perturbations des types les plus divers. L'imagerie bidimensionnelle de la résonance de plasmons a pris une importance de plus en plus grande ces derniers temps. Elle permet des examens simultanés en ligne de plusieurs processus d'adsorption sur une surface dans des conditions identiques. Par conséquent on examine par exemple des processus biologiques comme des réactions ADN / ADN, ADN / protéine et protéine / protéine. Il existe un appareil produit et établi pour la mesure de la résonance de plasmons de la société BIACORE sur le marché. La surface est éclairée par un faisceau monochromatique convergent, la distribution de l'intensité dans le faisceau réfléchi divergent caractérisant la réso- nance des plasmons. Les différentes zones des surfaces irradiées sont mesurées séquentiellement. Les procédés appropriés pour des mesures bidimensionnelles de la résonance des plasmons de surface utili- sent normalement l'éclairement de la surface avec un faisceau élargi, parallèle et monochromatique. La distribution d'intensité est mesurée à l'aide d'une caméra CCD. La dépendance angulaire de la réflexion est enregistrée lors de la rotation mécanique de la surface (du prisme). Dans un autre procédé, qui ne requiert aucune rotation mécanique pendant la mesure, la surface est également éclairée par un faisceau élargi, parallèle et monochromatique. Ici l'angle d'incidence est réglé de telle sorte que la longueur d'onde se situe sur le flanc pentu d'une réso- nance des plasmons. Chaque variation de l'indice de réfraction sur la surface éclairée conduit au décalage des résonances et à des variations d'intensité dans le faisceau réfléchi, qui peuvent être mesurées au moyen d'un appareil de prise de vues CCD, c'est-à-dire à couplage de charges. Ce procédé est par ailleurs sensible vis-à-vis d'une réduction non spécifique de l'intensité, par exemple due à l'absorption du rayonnement par un milieu variable sur les surfaces. Le procédé n'a trouvé jusqu'alors aucune application commerciale. L'invention a pour but de développer un procédé de ce type de manière qu'il soit beaucoup plus sensible (à la mesure) et soit plus résistant vis-à-vis de perturbations. Ce but est atteint, conformément à l'invention, à l'aide d'un procédé du type indiqué plus haut, caractérisé en ce que la surface de mesure est éclairée avec deux faisceaux lasers monochromatiques collimatés, ayant des longueurs d'onde différentes et qui sont réunis spatialement pour former un faisceau global, et la différence des intensités réfléchies pour les deux longueurs d'onde est mesurée pour la caractérisation de la résonance de plasmons. Par conséquent, la surface est irradiée, conformé-ment à l'invention, avec deux faisceaux monochromatiques, qui sont réunis spatialement en un faisceau. On mesure la différence des intensités réfléchies des deux longueurs d'onde. Si la densité du milieu varie au niveau de la surface, on obtient alors un décalage de la courbe de résonance de plasmons de surface. L'intensité réfléchie augmente pour une longueur d'onde alors qu'elle diminue pour l'autre, et il apparaît par conséquent un signal de différence. La différence peut être mesurée par exemple à l'aide d'un appareil de prise de vues CCD déclenchable ou à l'aide d'une matrice formée de plusieurs photodiodes, avec la résolution locale. Par conséquent, il est possible de réaliser une mesure simultanée avec une multiplicité de points, des mesures séquentielles ou une rotation mécanique de la surface du prisme n'étant pas nécessaires. Le procédé peut être utilisé pour la caractérisation simultanée de caractéristiques et de processus physi- ques, chimiques et biologiques. Il permet de suivre des processus qui varient dans le temps, avec une grande intensité de détection et une grande robustesse, \processus intéressants comme par exemple dans des réactions de liaison ADN / ADN, ADN / protéine, protéine / protéine ou pour la caractérisation de réactions d'essais immunologiques lors du développement d'un agent médicamenteux en pharmacologie. Dans un mode de réalisation particulièrement préféré, il est prévu que les longueurs d'onde des deux fais- ceaux lasers sont réglées sur les flancs opposés de la courbe de résonance, de telle sorte que la réflexion est au moins approximativement identique pour les deux longueurs d'onde. De cette manière, on peut atteindre une précision de mesure particulièrement élevée. La mesure de la différence des intensités est exé- cutée de préférence à l'aide d'un appareil de prise de vues CCD déclenchable ou d'une matrice formée de plusieurs photodiodes, en une multiplicité de points de mesure de la surface de mesure. Il est en outre prévu d'une manière particulière-ment préférée qu'au moins une partie de l'ensemble de la surface de mesure est utilisée en tant que surface de référence pour la normalisation continue de la mesure. Dans ces mesures à résolution locale, on peut par conséquent utiliser une partie ou plusieurs parties de la surface totale en tant que surfaces de référence. De ce fait, on peut réduire l'influence de fluctuations de la température, de variations de l'indice de réfraction et d'une variation non spécifique de l'intensité réfléchie, par exemple par absorption pendant la mesure, au moyen d'une normalisation. D'autres caractéristiques et avantages de la pré-sente invention ressortiront de la description donnée ci-après prise en référence aux dessins annexés, sur lesquels: - la figure 1 montre selon une représentation sché- matique, un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention; et - la figure 2 représente un diagramme de mesure, dans lequel les signaux mesurés d'intensité de faisceaux réfléchis sont représentés en fonction de la température. Un dispositif pour déterminer les résonances de plasmons de surface sur des surfaces bidimensionnelles comporte une première diode laser 1 pourvue d'une lentille la, et une seconde diode laser 2 disposée à angle droit par rapport à la précédente et pourvue d'une lentille 2a. Les deux diodes lasers 1, 2 produisent des faisceaux lasers monochromatiques collimatés ayant différentes longueurs d'onde et qui peuvent être réunis spatialement au moyen d'un diviseur de faisceau 3 pour former un faisceau total, qui est introduit au moyen d'une lentille 4 d'une manière focalisée dans un câble à fibres de verre 5. Ce faisceau total réuni spatialement est dévié parallèlement, par l'intermédiaire d'une autre lentille 6, en direction d'un prisme 7 dans un dispositif de Kretschmann. Ce prisme 7 sert à former la surface de mesure avec une surface métallique 8 (par exemple de l'or), sur la face arrière de laquelle une cellule de transmission à écoulement 9 est disposée dans l'exemple de réalisation. Naturellement par exemple pour des liquides stationnaires, on peut prévoir également d'autres cellules. Dans cette cellule de transmission à écoulement 9, est introduit, par l'intermédiaire d'une pompe 10, à partir d'un récipient à échantillon 11, un échantillon devant être analysé, qui parvient, après avoir traversé la cellule à écoulement dans un récipient d'évacuation 12. Les faisceaux réfléchis par le prisme sont enregistrés par une matrice de photodétecteurs 13. Les signaux correspondants sont envoyés à des fins d'évaluation au calculateur 15 par l'intermédiaire d'une interface dite Framegrabber 14. Les longueurs d'ondes des deux faisceaux lasers provenant des diodes lasers 1 et 2 sont réglées sur les flancs opposés de la courbe de résonance de telle\sorte que la réflexion pour les deux longueurs d'onde est 'de préférence égale. Pour la détermination des résonances de plasmons de surface sur la surface de mesure bidimensionnelle (couche d'or 8), les faisceaux individuels réfléchis ne sont pas évalués en tant que tels, mais c'est la différence des intensités réfléchies, qui est évaluée. Un résultat de mesure typique est représenté sur la figure 2, et ce en fonction de la température. Tout d'abord il faut identifier un signal de référence, qui est enregistré continûment lors de la mesure elle-même, par le fait qu'au moins une partie de la surface totale de mesure (couche d'or 8) est utilisée en tant que surface de réfé- rence pour la normalisation continue de la mesure. Le signal proprement dit en un emplacement quel-conque est désigné sur la figure 2 par le terme signal. Le signal de différence des intensités réfléchies déterminé conformément à l'invention pour caractériser la résonance de plasmons, est désigné par le terme différence. REVENDICATIONS 1. Procédé pour déterminer des résonances de plasmons de surface sur des surfaces de mesure bidimensionnel-les, selon lequel la surface de mesure (7, 8), qui est formée par un film métallique mince et est placée en contact avec un échantillon à mesurer, est éclairée et la distribution de l'intensité dans le faisceau réfléchi est mesurée, caractérisé en ce que la surface de mesure (7, 8) est éclairée avec deux faisceaux lasers monochromatiques collimatés, ayant des longueurs d'onde différentes et qui sont réunis spatialement (en 3) pour former un faisceau global, et la différence des intensités réfléchies pour les deux longueurs d'onde est mesurée pour la caractérisation de la résonance de plasmons. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les longueurs d'onde des deux faisceaux lasers sont réglées sur les flancs opposés de la courbe de résonance, de telle sorte que la réflexion est au moins approximative- ment identique pour les deux longueurs d'onde. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2 caractérisé en ce que la mesure de la différence des intensités est exécutée au moyen d'un appareil de prise de vues CCD déclenchable ou d'une matrice (13) formée de plusieurs photodiodes en une multiplicité de points de mesure de la surface de mesure. 4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'au moins une partie de l'ensemble de la surface de mesure (7, 8) est utilisée en tant que surface de référence pour la normalisation continue de la mesure.