Résonateurs Pseudo-Chiraux pour la Détection Optique de Molécules Chirales

Résumé

Le concept de chiralité se retrouve dans plusieurs champs des sciences actuelles : en nanophotonique, l’ingénierie des symétries du champ local de nano-résonateurs est en plein développement en particulier pour augmenter la sensibilité de la détection de biomolécules ; dans l’étude des biomolécules, la conformation des groupements chiraux est un élément clé de l’étude de leur réactivité.

Le projet CHirOptMol vise à exploiter l'activité optique de nanorésonateurs plasmoniques pour développer des ruptures technologiques dans le suivi et la détection de molécules biologiques. Cet objectif conduit à utiliser des nanostructures pseudo-chirales pour réaliser des biosenseurs compacts avec une sensibilité dépendant de l'énantiomère détecté. Le même détecteur pourrait ainsi détecter à la fois la présence et la réactivité des biomolécules.

Les nanorésonateurs plasmoniques pseudo-chiraux présentent l’avantage de créer un fort dichroïsme circulaire dont le signe dépend de la direction d’observation, contrairement aux résonateurs chiraux. Cet effet trouve son origine dans la présence de modes résonants superposant une réponse dipolaire électrique et magnétique toutes deux excitées par la lumière via un couplage magnéto-électrique. Il est alors possible de modifier à la fois les symétries et l’intensité du champ proche électromagnétique des résonateurs. En fonctionnalisant de tels résonateurs il devient possible d’accrocher sélectivement certaines biomolécules chirales d’intérêt et ainsi de suivre leur réactivité.

Trois défis fondamentaux se posent :

- Calculer chaque élément du tenseur de polarisation des nanostructures pseudo-chirales résonnantes et des nanostructures pseudo-chirales en interaction avec des molécules chirales. Ceci permettra de faire le lien entre les propriétés du champ proche et du champ lointain afin de comprendre le lien entre les mesures et les propriétés des biomolécules.

- Fonctionnaliser des résonateurs et métasurfaces. Ceci sera fait avec des molécules connues (temporine, beta-lactoglobuline) avec l’objectif d’aller vers un contrôle de la position et de l’orientation de ces molécules par rapport aux résonateurs.

- Développer des mesures polarimétriques complètes avec une détection dans l’espace des vecteurs d’onde afin de caractériser en une seule mesure toutes les directions de propagation. Ceci permettra de détecter la présence de biomolécules, avec une sélectivité en énantiomère, mais aussi de sonder différents mécanismes d’interaction entre résonateurs et molécules.

Ces avancées permettront d’aborder le suivi de la réactivité des biomolécules en relation avec leur conformation sur la base de la détection de dichroïsme circulaire, avec des retombées dans la réalisation de micro-senseurs et de suivi de molécules uniques.

Afin d’atteindre ces objectifs, le projet Chiroptmol rassemble les expertises de trois laboratoires : l’Institut des NanoSciences de Paris pour la réalisation de métasurfaces et l’analyse de leurs propriétés polarimétriques, le Laboratoire de Réactivité de Surface pour le greffage et le suivi de la réactivité de biomolécules, l’Institut Fresnel pour la modélisation des interactions électromagnétiques et les mesures sur des résonateurs uniques.