Elaboration et caractérisation de films ultraporeux de silice par voie sol-gel _ Application à des systèmes de biodétection et de microchauffage

In this work, ultraporous silica layers with very low refractive indices (1,1-1,2) and thicknesses about one micrometer are prepared and integrated to two systems of sensors for different applications. The synthesis of the initial solution is optimized from the sol-gel standard two steps. Due to its high porosity, the deposited layer has two remarkable properties : low refractive index and low thermal conductivity. Our study is based on the establishment of two systems : a reverse symmetry waveguide and an heating microsystem. The achievement principle of the reverse symmetry waveguide is based on a stack of three layers with a central layer with higher refractive index than the surrounding media. The particularity of this guide is due to the index of the lower middle (ultraporous layer) which is lower than the upper middle. In an application to build a multilayer film type polyelectrolyte / protein and to test the depth of evanescent field sensing, poly-L-lysin and caseins multilayers are adsorbed on the waveguide surface. From the variation of the effective refractive index, one can determine the mass of biomolecules deposited and we show the sensitivity of this system. In the second application of the ultraporous layer, the technology of heating microsystem is based on the integration of this layer between metal resistance and its substrate. It is highlighting that this addition allows a better concentration of energy supplied.Dans ce travail, des couches ultraporeuses de silice avec de très faibles indices de réfraction (1,1-1,2) et des épaisseurs de l'ordre du micromètre sont préparées et intégrées à deux systèmes de capteurs pour des applications distinctes. La synthèse de la solution initiale est optimisée à partir du procédé sol-gel classique en deux étapes. En raison de sa forte porosité, la couche déposée présente deux propriétés remarquables : un bas indice de réfraction et une faible conductivité thermique. Notre étude est fondée sur la mise en place de deux systèmes : un guide d'onde optique à symétrie inversée et un microsystème de chauffage. Le principe de réalisation du guide d'onde à symétrie inversée réside sur un empilement de trois couches avec une couche centrale à plus haut indice de réfraction que les milieux qui l'entourent. La particularité de ce guide provient du fait que l'indice du milieu inférieur (couche ultraporeuse) est plus faible que celui du milieu supérieur. Dans une application de construction d'un film multicouche type polyélectrolyte/protéine et afin de tester la profondeur de détection du champ évanescent, des multicouches de poly-L-lysine et caséines sont adsorbées à la surface du guide. A partir de la variation de l'indice de réfraction effectif, il est possible de déterminer la masse de biomolécules déposées et de montrer la sensibilité accrue par ce système. Dans la deuxième application de la couche ultraporeuse, la technologie du microsystème de chauffage repose sur l'intégration de cette couche entre une résistance métallique et son substrat. Il est mis en évidence que cet ajout permettait une meilleure concentration de l'énergie fournie

Elaboration et caractérisation de films ultraporeux de silice par voie sol-gel (Application à des systèmes de biodétection et de microchauffage)

Dans ce travail, des couches ultraporeuses de silice avec de très faibles indices de réfraction (1,1-1,2) et des épaisseurs de l'ordre du micromètre sont préparées et intégrées à deux systèmes de capteurs pour des applications distinctes. La synthèse de la solution initiale est optimisée à partir du procédé sol-gel classique en deux étapes. En raison de sa forte porosité, la couche déposée présente deux propriétés remarquables : un bas indice de réfraction et une faible conductivité thermique. Notre étude est fondée sur la mise en place de deux systèmes : un guide d'onde optique à symétrie inversée et un microsystème de chauffage. Le principe de réalisation du guide d'onde à symétrie inversée réside sur un empilement de trois couches avec une couche centrale à plus haut indice de réfraction que les milieux qui l'entourent. La particularité de ce guide provient du fait que l'indice du milieu inférieur (couche ultraporeuse) est plus faible que celui du milieu supérieur. Dans une application de construction d'un film multicouche type polyélectrolyte/protéine et afin de tester la profondeur de détection du champ évanescent, des multicouches de poly-L-lysine et caséines sont adsorbées à la surface du guide. A partir de la variation de l'indice de réfraction effectif, il est possible de déterminer la masse de biomolécules déposées et de montrer la sensibilité accrue par ce système. Dans la deuxième application de la couche ultraporeuse, la technologie du microsystème de chauffage repose sur l'intégration de cette couche entre une résistance métallique et son substrat. Il est mis en évidence que cet ajout permettait une meilleure concentration de l'énergie fournie.In this work, ultraporous silica layers with very low refractive indices (1,1-1,2) and thicknesses about one micrometer are prepared and integrated to two systems of sensors for different applications. The synthesis of the initial solution is optimized from the sol-gel standard two steps. Due to its high porosity, the deposited layer has two remarkable properties : low refractive index and low thermal conductivity. Our study is based on the establishment of two systems : a reverse symmetry waveguide and an heating microsystem. The achievement principle of the reverse symmetry waveguide is based on a stack of three layers with a central layer with higher refractive index than the surrounding media. The particularity of this guide is due to the index of the lower middle (ultraporous layer) which is lower than the upper middle. In an application to build a multilayer film type polyelectrolyte / protein and to test the depth of evanescent field sensing, poly-L-lysin and caseins multilayers are adsorbed on the waveguide surface. From the variation of the effective refractive index, one can determine the mass of biomolecules deposited and we show the sensitivity of this system. In the second application of the ultraporous layer, the technology of heating microsystem is based on the integration of this layer between metal resistance and its substrate. It is highlighting that this addition allows a better concentration of energy supplied.MONTPELLIER-BU Sciences (341722106) / SudocSudocFranceF

Compact integrated surface plasmon resonance spectroscopic sensor platform with on-chip self-referencing

We present the SPR_CD spectroscopic biosensor design experimentally investigated by our research group. The implemented sensor platform is dedicated to droplet biochemical analysis involving multichannel detection format."PLASMOBIO" project / INTERREG IV progra

Development and characterization of ultra-porous silica films made by the sol–gel method. Application to biosensing

The aim of this work is to demonstrate the sensing ability of reverse-symmetry waveguides to investigate adsorption of casein and build-up of poly-L-lysine mediated casein multilayers. A first part of this study is dedicated to the elaboration and characterization of ultra-porous thin films with very low refractive indices by an appropriate sol–gel method. This will form the basis of our planar optical sensors. Optical waveguide light mode spectroscopy is a real-time and sensitive method to study protein adsorption kinetics and lipid bilayers. We used it to test the obtained waveguides for in-situ monitoring of biomolecule adsorption. As a result, significant changes in the incoupling peak position were observed during the layer-by-layer adsorption. Finally, refractive index and thickness of the adsorbed layers were established

Development and characterization of ultra-porous silica films made by the sol-gel method. Application to biosensing.

International audienceThe aim of this work is to demonstrate the sensing ability of reverse-symmetry waveguides to investigate adsorption of casein and build-up of poly-L-lysine mediated casein multilayers. A first part of this study is dedicated to the elaboration and characterization of ultra-porous thin films with very low refractive indices by an appropriate sol-gel method. This will form the basis of our planar optical sensors. Optical waveguide light mode spectroscopy is a real-time and sensitive method to study protein adsorption kinetics and lipid bilayers. We used it to test the obtained waveguides for in-situ monitoring of biomolecule adsorption. As a result, significant changes in the incoupling peak position were observed during the layer-by-layer adsorption. Finally, refractive index and thickness of the adsorbed layers were established