Grant: Strategic Projects - Group

Due to the inherent surface sensitivity related to the resonant nature of the surface plasmon resonance (SPR) effect, SPR technology has been known as a leading approach for label-free study of biomolecular interactions for more than 17 years. However, the bulky hardware and elevated hardware cost have prohibited this technology from leaving the laboratory space. We propose to develop a new technology for fabrication of a monolithically integrated SPR biosensing device. The integrated biosensor microstructure holds particular promise for cost-attractive implementations and is especially attractive for the development of hand-held devices. The architecture of the proposed biosensor will be based on our recently discovered effect of efficient coupling the photoluminescence (PL) emission from a semiconductor quantum well (QW) with surface plasmon polaritons (SPP) induced at dielectric-gold-oxide interfaces located above the QW microstructure. A sub-micrometer Au grating, which will be fabricated using a cost-attractive method of nano-imprinting, will allow the observation of resonant interactions between QW PL and SPP leading to the enhanced QW PL signal The sensitivity of this effect to minute perturbations at the Au surface (grating) is expected to be similar to that observed for other SPP effect-based devices. However, our architecture will allow the fabrication of a biosensor that will be: a) miniaturized, as the QW will provide a strong PL signal induced either by an integrated electronic bias or an integrated excitation source (i.e., no need of an external source of excitation), b] self-referencing, as portion of the Au layer without grating will be used to provide a reference signal, and c) highly accurate thanks to an innovative technology of on-board data verification. The ultimate goal of this research is to manufacture an ultra-sensitive and low-error (highly-specific) portable biosensor that could be used as a stand-alone device or implemented in micro-total analysis system for the detection of pathogens in a way similar to the current home-usable diagnostic devices, such as, for example, tests providing information about pregnancy. Biocapteur intégré exploitant le couplage de la photoluminescence de puits quantiques avec la résonance plasmon de surface La technologie de résonance plasmon de surface (SPR) est une des principales approches pour l'étude des interactions biomoléculaires grâce à sa sensibilité de surface intrinsèque, mais les coûts et les dimensions du matériel requis en restreignent l'utilisation en laboratoire. Pour solutionner ce problème, nous proposons une nouvelle approche pour la réalisation d'un biocapteur intégré SPR, très prometteuse pour une implémentation à faible coût et pouvant mener au développement de dispositifs portatifs. L'architecture de ce biocapteur est basée sur notre découverte récente de couplage efficace de l'émission photoluminescente (PL) d'un puits quantique (PQ) avec des ondes plasmon-polaritons de surface (SPP). La technique peu coûteuse de nano-impression sera utilisée pour réaliser un réseau sub-micronique dans une couche mince d'or déposée sur une couche diélectrique au-dessus des PQ. Ce réseau permettra d'observer l'interaction entre la PL des PQ et les SPP, menant à un accroissement du signal PL. La sensibilité de cet effet, à de faibles perturbations de la surface d'or, devrait être similaire à celle observée pour d'autres dispositifs SPP. Notre architecture permettra la réalisation d'un bio-capteur qui a) sera miniaturisé, puisque le PQ fournira un fort signal de PL induit par une polarisation électrique intégrée ou via une source d'excitation intégrée, b) auto-référencée, puisqu'une portion de la couche d'or sans réseau sera utilisée pour fournir un signal de référence, et c) de haute précision grâce à une technologie innovatrice de vérification embarquée des données. L'objectif ultime de cette recherche est la réalisation d'un biocapteur portatif ultra-sensible, de faible taux d'erreur, pouvant être utilisé de manière autonome ou intégrée