Nano-antennes en silicium pour renforcer la fluorescence de molécules individuelles
Les antennes optiques ont permis ces dernières années de dépasser la limite de résolution imposée par la diffraction de la lumière. Elles sont généralement réalisées à l’aide de particules métalliques supportant des résonances plasmoniques car cette résonance électromagnétique permet de renforcer les champs proches et d’augmenter l’émission de lumière de boites quantiques ou encore de molécules fluorescentes. Ces antennes plasmoniques trouvent un intérêt particulier pour détecter des molécules fluorescentes individuelles à concentration micromolaire en environnement biologique. Mais ces particules métalliques souffrent d’une élévation de chaleur causée par les pertes ohmiques du métal.
Des chercheurs et des ingénieurs sont récemment parvenus à détecter des molécules fluorescentes individuelles à concentration élevée (>1 micromol) à l’aide d’antennes diélectriques en silicium. Ces dernières sont constituées de deux particules cylindriques (hauteur 60 nm et diamètre 170 nm) séparées par un gap de 20 nm ou 30 nm. Les antennes optiques en silicium ont été fabriquées à la plate-forme Planète. Les caractérisations optiques réalisées à Institut Fresnel ont démontré un gain du signal de fluorescence d’un facteur supérieur à 200 pour les gaps les plus petits (20 nm). Il s’agit des meilleurs résultats obtenus à ce jour dans l’exaltation du signal de fluorescence à l’aide de matériaux diélectriques qui ne sont pas basés sur l’excitation de plasmons de surface.
Ce travail a été réalisé en étroite collaboration entre l’Institut Fresnel (Marseille), l’Institut de Ciencies Fotoniques (Barcelone, Espagne), l’Institut des NanoSciences de Paris, l’Institut Langevin (ESPCI, Paris) et le CINaM. Les étapes de nanofabrication d’antennes ont été réalisées à la plate-forme Planète.
Pour en savoir plus : « All-Dielectric Silicon Nanogap Antennas To Enhance the Fluorescence of Single Molecules » : Raju Regmi, Johann Berthelot, Pamina M. Winkler, Mathieu Mivelle, Julien Proust, Frédéric Bedu, Igor Ozerov, Thomas Begou, Julien Lumeau, Hervé Rigneault, María F. García-Parajó, Sébastien Bidault, Jérôme Wenger, and Nicolas Bonod, Nano Letters (2016). DOI : 10.1021/acs.nanolett.6b02076