Transfert d’énergie assisté par microcavité pour la biodétection

Schéma de principe : La lumière incidente bleue excite des nanocristaux fluorescents (« quantum dots », QDs) placée sous la surface d’une sphère de polymère de quelques micromètres de diamètre. Leur émission de fluorescence verte se couple à des modes de lumière dits de galerie, dans laquelle la lumière circule et reste piégée sous la surface de la microsphère. Lorsque des colorants rouges (dyeNP) en solution viennent se fixer près de la surface de la microsphère, par exemple à cause de la reconnaissance d’une biomolécule spécifique, ceux-ci peuvent alors être excités par cette lumière verte, et réémettre ensuite dans le rouge.

Les nouveaux défis liés à la santé publique et à l’avènement de la médecine personnalisée nécessitent le développement de méthodes de bio-détection plus sensibles, simples à mettre en œuvre, permettant de détecter efficacement des protéines ou d’autres biomolécules de manière spécifique.

Des chercheurs du Laboratoire de Physique et Etude des Matériaux (LPEM, ESPCI/Sorbonne Université/CNRS) ont mis en évidence un nouveau phénomène qui pourrait permettre une bio-détection sensible et simple à mettre en œuvre. Ils ont chargé des sphères de polymère micrométriques avec des nanocristaux de semiconducteur fluorescents émettant dans le vert. La fluorescence des nanocristaux excite alors des modes de lumière dits de galerie, dans laquelle la lumière est piégée par réflexion totale interne à l’intérieur de la microsphère. Pour certaines longueurs d’onde, la lumière parcourt la circonférence de la sphère en revenant au point de départ avec la même phase, ce qui forme une cavité résonnante dans laquelle la lumière peut circuler de plusieurs dizaines de milliers à plusieurs millions de tours avant de s’échapper. En collaboration avec une équipe de chimistes du Laboratoire de Bioimagerie et Pathologies (LBP, Université de Strasbourg/CNRS), ils ont ensuite placé des nanoparticules chargées de colorants émettant dans le rouge à proximité de la surface de la microsphère. Grâce à cet effet de cavité résonante, la lumière verte piégée dans la microsphère excite alors de manière très efficace ces colorants rouges, uniquement lorsqu’ils sont présents dans les quelques premières dizaines de nanomètres au-dessus de la surface. Ce transfert d’énergie est plus efficace et fonctionne sur une plus grande distance que les transferts d’énergie en œuvre dans différentes méthodes de biodétection. Les deux équipes travaillent maintenant à utiliser ce phénomène pour développer des méthodes de biodétection plus sensibles, dans lesquelles la présence d’une biomolécule cible serait détectée simplement par un changement de couleur de fluorescence du vert au rouge.

Publication associée :
"Microcavity-Enhanced Fluorescence Energy Transfer from Quantum Dot-Excited Whispering Gallery Modes to Acceptor Dye Nanoparticles"
Jana, Subha ; Xu, Xiang ; Klymchenko, Andrey ; Reisch, Andreas ; Pons, Thomas

Contact chercheur :
Thomas PONS, thomas.pons (arobase) espci.fr

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