Academic literature on the topic 'Diffusion Raman Exaltée de Surface (DRES)'

La spectroscopie Raman est une spectroscopie vibrationnelle très peu sensible qui limite l’analyse d’espèces chimiques aux fortes concentrations. Néanmoins, lorsque des molécules sont placées au voisinage d’une surface métallique nanostructurée, il est possible d’exalter considérablement leur signature Raman. On parle alors de diffusion Raman exaltée de surface. Les remarquables potentialités de cette technique ont nourri de nombreux champs d’étude tant pour le design de substrats dits SERS-actifs, que pour l’exploration d’applications en médecine, pharmacologie, défense ou le monde de l’art.

Parmi les méthodes analytiques instrumentales, les techniques de spectroscopie vibrationnelle se sont imposées depuis longtemps. Elles permettent d’identifier la composition chimique de substances et de les quantifier. Parmi ces techniques, la spectroscopie Raman exploite un effet qui tient son nom d’un physicien Indien, Sir Raman, qui, le premier en 1928, mit en évidence ce phénomène (il obtint le prix Nobel pour cela en 1930).

Au cours des dernières décennies, l'utilisation des produits phytosanitaires communément appelés pesticides a augmenté. Ces substances sont devenues de plus en plus présentes dans notre environnement, s’'accumulant ainsi dans les sols, l'air et les eaux. Ces produits, même en très faible concentration, représentent un danger pour la santé humaine, végétale et animale. Pour toutes ces raisons il est important d'encadrer l'utilisation des produits phytosanitaires en interdisant l'utilisation de certaines de ces substances et en mettant en place des réglementations pour fixer les Limites Maximales de Résidus (LMR). Il est aussi nécessaire de développer de nouvelles méthodes de détection et d’identification de polluants à l'état de trace car les techniques conventionnelles nécessitent de gros équipements de laboratoire qui ne sont pas compatibles avec des analyses sur site.Dans le cadre de nos travaux, nous utilisons la Diffusion Raman Exaltée de Surface (DRES) pour détecter et identifier des molécules à l’'état de trace. Nous avons étudié et analysé les performances de trois substrats DRES commerciaux (Hamamatsu, SERSitive et Ocean Insight) pour la détection et l'identification d'une molécule modèle à des concentrations de l'ordre de 10-6 M et 10-8 M. Nous avons comparé les réponses Raman à partir des cartographies enregistrées sur leurs surfaces à deux longueurs d’onde incidentes. Nous avons également développé et optimisé des supports métalliques nanorugueux capables de détecter et identifier des molécules avec une limite de détection à 10-9 M. Nous présenterons le protocole expérimental utilisé pour fabriquer ces substrats nanorugueux en or. Ensuite, nous avons étudié les propriétés topographiques des surfaces pour mieux comprendre les propriétés d'exaltation des substrats. Ces derniers sont analysés par microscopie électronique à balayage et par microscopie à force atomique (AFM). Les réponses optiques des supports nanorugueux sont étudiées en champ proche par photoémission d’électrons (PEEM) et en champ lointain par spectrométrie Raman une fois ces supports mis en contact avec des solutions contenant des molécules à très faibles concentrations. Nous avons comparé la réponse spectrale, les distributions d'intensité, et la stabilité sous faisceau laser, des substrats nanorugueux en or et le substrat le plus efficace parmi les trois substrats DRES commerciaux en analysant les spectres Raman à une concentration de 10-8 M.La stabilité de la réponse Raman des substrats DRES commerciaux et du substrat nanorugueux optimisé a été étudiée dans le temps, pendant une durée de plusieurs mois. Avec le temps, l'efficacité des substrats diminue et il n'est alors plus possible de détecter la présence des molécules. Nous avons développé une méthode qui permet d'améliorer les performances Raman de ces substrats vieillis. Les performances de ces substrats améliorés ont été étudiées en analysant les distributions d'intensité Raman à partir d'imagerie contenant plusieurs centaines de spectres. Nous avons utilisé les substrats nanorugueux en or pour détecter les molécules présentes dans un mélange binaire de molécules modèles à une concentration de 10-8 M. Nous avons analysé les cartographies Raman en utilisant des outils chimiométriques, à savoir l’'Analyses en Composantes Principales (ACP), et la Multivariate Curve Resolution (MCR)
In recent decades, the use of phytosanitary products commonly called pesticides has increased. These substances have become increasingly present in our environment, accumulating in soil, air and water. Even at very low concentration these products represent a danger to human, plant and animal health. For all these reasons it is important to regulate the use of phytosanitary products by prohibiting the use of certain of these substances and by strengthening regulations to set Maximum Residue Limits (MRLs) as low as possible. It is also necessary to develop new methods for detecting and identifying trace pollutants because conventional techniques require large laboratory capabilities which are not compatible with on-site analyses.In my PhD. work, we have used Surface Enhanced Raman Scattering (SERS) to detect and identify trace molecules. We studied and analyzed the performance of three commercial DRES substrates (Hamamatsu, SERSitive and Ocean Insight) for the detection and identification of a model molecule at concentrations of the order of 10-6 M and 10-8 M. We compared the Raman responses from the Raman maps recorded on their surfaces at two incident wavelengths. We have also developed and optimized efficient nanorough metallic substrates to detect and identify molecules with a detection limit of 10-9 M. We will present the experimental protocol used to fabricate our nanorough gold substrates. The topographical properties of the surfaces were studied by scanning electron microscopy (SEM) and atomic force microscopy (AFM) to better understand the reason of SERS properties of the substrates. The optical responses of our nanorough substrates were studied in the near field by electron photoemission (PEEM) and in the far field by Raman spectrometry after putting them in contact with solutions containing molecules at very low concentrations. We compared the spectral response, intensity distributions, and stability under laser beam, of gold nanorough substrates and the most efficient substrate among the three commercial DRES substrates by analyzing the Raman spectra at a concentration of 10-8 M.The stability of the Raman response of the commercial SERS substrates and our optimized nanorough substrates was studied over time, for a period of several months. The effectiveness of the substrates decreases over time and it is no longer possible to detect the presence of the molecules after several months. In my PhD work we have tested a method that makes it possible to improve the Raman performance of these aged substrates. The performance of these improved substrates was studied by analyzing Raman intensity distributions from imaging containing several hundred spectra. Finally, we used the gold nanorough substrates to detect molecules present in a binary mixture of model molecules at a concentration of 10-8 M. We analyzed the Raman maps using chemometric tools, namely Component Analysis. Principal (ACP), and Multivariate Curve Resolution (MCR)

Ce travail de thèse se focalise sur le couplage du microscope à force atomique haute–vitesse (HS-AFM) et de la spectroscopie Raman exaltée de surface (SERS) pour la détection des biomolécules. Nous avons élaboré un protocole de fabrication pour produire les substrats “SERS-actifs”. L’efficacité des substrats de nanoparticules cristalline d’or, d’argent ou bimétallique argent–or a été évaluée. Nous avons étudié l’impact des propriétés optiques et morphologiques des substrats sur l’intensité Raman en analysant des échantillons tests tels que la bipyridine éthylène et le bleu de méthylène. Nous nous sommes interessés à trois problematiques biologiques distinctes par analyses HS-AFM et SERS. Dans un premier cas, nous avons détecté la signature chimique de protéine cytochrome b5. Ce travail a été suivi par des études sur le changement de conformation de la protéine de choc thermique leuconostoc oenos Lo 18 en fonction de la concentration et du pH. La dernière application consiste en l’analyse des interactions membrane – virus. Afin de réaliser les analyses simultanées Raman/AFM, nous avons adapté notre protocole de fabrication pour couvrir la surface des pointes AFM commerciales par des nanoparticules d’or cristallines. Les études de diffusion Raman exaltée par effet de pointe (TERS) ont été effectuées sur les échantillons de disulfure de molybdène pour évaluer la qualité des pointes TERS. Pour finir, nous présentons une nouvelle configuration de couplage HS-AFM et spectroscopie Raman. Nous discutons des modifications et des défis rencontrés
This thesis focuses on the coupling of High–Speed Atomic Force Microscopy (HS-AFM) and Surface Enhanced Raman Spectroscopy (SERS) for biomolecule analysis. We have designed a fabrication protocol to manufacture “SERS-active” substrates. The efficacy of gold, silver and gold-silver bimetallic crystalline nanoparticle substrates were evaluated. We have investigated the impact of optical and morphological features of the substrates on Raman signal intensity by analyzing well-known samples such as bipyridine ethylene and methylene blue molecules. We took an interest in three distinct biological problematics with HS-AFM and SERS analyses. First, we have detected the chemical signature of cytochrome b5 protein. This study was followed by the investigation of conformational changes of small heat shock leuconostoc oenos Lo 18 protein in function of pH level and concentrations. The last application consists to the analyse a membrane and a virus interaction. In order to realize simultaneous Raman/AFM analysis, we have adapted our fabrication protocol to cover the surface of commercial AFM probes by crystalline gold nanoparticles. Tip – Enhanced Raman Spectroscopy (TERS) studies were performed on molybdenum disulfide to evaluate the quality of TERS probes. In the last part of this work, we have designed a new setup to combine Ando’s HS-AFM setup with Raman spectroscopy. We present the modifications that have been carried out and the challenges that we have encountered

Ce mémoire porte sur la mise au point de plateforme microfluidique couplée à la microscopie Raman confocale, utilisée dans des conditions d’excitation de la diffusion Raman (diffusion Raman exaltée de surface), dans le but d’obtenir une détection de très haute sensibilité d’espèces moléculaires sous écoulement dans des canaux de dimensions micrométriques. Ce travail a pour ambition de démontrer la faisabilité d’un couplage microscopie Raman/microfluidique en vue de la caractérisation in-situ et locale, des espèces et des réactions mises en jeu dans les fluides en écoulement dans les microcanaux. Nous avons utilisé un microcanal de géométrie T, fabriqué par lithographie douce, dans lequel sont injectées, à vitesse constante, des nanoparticules métalliques d’or ou d’argent dans une des deux branches du canal et une solution de pyridine ou de péfloxacine dans l’autre branche. La laminarité et la stationnarité du processus nous ont permis de cartographier la zone de mélange et de mettre en évidence l’exaltation du signal de diffusion Raman de la pyridine et de la péfloxacine, obtenue grâce aux nanoparticules métalliques, dans cette zone d’interdiffusion. L’enregistrement successif de la bande d’absorption des nanoparticules d’argent (bande plasmon) et du signal de diffusion Raman de la péfloxacine, en écoulement dans un microcanal, nous a permis d’établir un lien entre la morphologie des nanostructures métalliques, et plus précisément l’état d’agrégation des nanoparticules d’argent, et l’exaltation du signal Raman de la péfloxacine observé. Nous avons alors modifié la géométrie du canal afin d’y introduire une solution d’électrolyte (NaCl et NaNO3) et de modifier localement la charge de surface des colloïdes d’argent en écoulement. Nous avons ainsi confirmé que la modification de l’état d’agrégation des nanoparticules d’argent, induite par l’ajout contrôlé de solutions d’électrolytes, permet d’amplifier le signal SERS de la péfloxacine et d’optimiser la détection en microfluidique. Enfin, nous avons développé une seconde approche qui consistait à mettre en place une structuration métallisée des parois d’un microcanal. Nous avons ainsi démontré que la fonctionnalisation chimique de surface via un organosilane (APTES) permettait de tapisser le canal avec des nanoparticules d’argent et d’amplifier le signal Raman des espèces en écoulement dans ce même microcanal
This thesis focuses on the development of a microfluidic platform coupled with confocal Raman microscopy, used in excitation conditions of Raman scattering (Surface enhanced Raman scattering, SERS) in order to gain in the detection sensitivity of molecular species flowing in channels of micrometer dimensions. This work aims to demonstrate the feasibility of coupling Raman microscopy / microfluidics for the in situ and local characterization of species and reactions taking place in the fluid flowing in microchannels. We used a T-shaped microchannel, made by soft lithography, in which gold or silver nanoparticles injected at constant speed, in one of the two branches of the channel and a solution of pyridine or pefloxacin in the other one. The laminar flow and the stationarity of the process allowed us to map the mixing zone and highlight the enhancement of the Raman signal of pyridine and pefloxacin, due to the metallic nanoparticles, in the interdiffusion zone. The recording of the both absorption band of the silver nanoparticles (plasmon band) and the Raman signal of pefloxacin, flowing in microchannel, allowed us to establish a link between the shape of the metallic nanostructure, and more precisely the silver nanoparticle aggregation state, and the enhancement of the Raman signal of pefloxacin observed. We then changed the channel geometry to introduce an electrolyte solution (NaCl and NaNO3) and locally modify the surface charge of the colloids. We have put in evidence that the change of the silver nanoparticle aggregation state, induced by the controlled addition of electrolyte solutions, could amplify the SERS signal of pefloxacin and thus optimizing the detection in microfluidics. At last, we established second a approach that consists in the metallic structuring of microchannel walls. This has shown that the surface chemical functionalization through organosilanes (APTES) allowed the pasting of the channel with silver nanoparticles, thus amplifying the Raman signal of the species flowing within the same microchannel

Deux études distinctes mettant en oeuvre la détection et l'analyse de signaux spectroscopiques optiques de molécules individuelles- colorants ou molécules organiques- ont été menées.
Par microscopie grand champ de fluorescence, l'émission de molécules uniques de pérylène orange insérées dans un film solgel mince, par enregistrement de films d'une large zone de l'échantillon sur laquelle plus d'une centaine d'émetteurs individuels sont détectés, fournit des informations sur cette espèce et la matrice sondée. Pour exploiter les films, un outil logiciel a été développé. Les processus de photoblanchiment, la mobilité moléculaire, la nucléation des molécules excitées sont mis en évidence et discutés. On note une grande richesse des dynamiques temporelles d'émission, mais aussi des spectres qui reflètent notamment la reconformation proposée du pérylène orange excité. Il s'ensuit l'existence de nombreux nanoenvironnements différents dans la matrice poreuse.
Par microscopie confocale à balayage, le signal de diffusion Raman exaltée de surface de molécules uniques organique adsorbées sur des agrégats d'argent de morphologie complexe est exploité. Certains objets présentent une exaltation géante, estimée être de plus de 14 ordres de grandeur, ce qui permet l'enregistrement de spectres résolus en seulement une seconde. L'analyse chimique offerte permet de distinguer différentes espèces, et la présence nécessaire sur ces points chauds d'Ag+ est démontrée. Une caractérisation corrélée par microscopie électronique des agrégats actifs repérés met aussi en avant l'existence d'une morphologie privilégiée, avec de nombreuses protubérances de dimension nanométrique et interstices.

Depuis la première observation du phénomène de Diffusion Raman Exaltée de Surface (DRES) en 1974 de nombreuses méthodes ont été développées pour contrôler l'arrangement de nanostructures métalliques sur une surface dans le but d'augmenter le signal de diffusion Raman. La valeur du facteur d'amplification de la DRES résulte principalement de l’accroissement localisé du champ électromagnétique pour des surfaces métalliques nanostructurées. Des études antérieures ont révélé que l'espacement nanométrique entre les nanoparticules constituait des zones de forte exaltation appelées «points chauds». Nous avons développé et breveté une méthode de lithographique assistée par AFM permettant la fabrication de surfaces métalliques. Il a été démontré que cette méthode fournissait une approche relativement simple pour réaliser d’une part des surfaces reproductibles à géométrie contrôlée à l’échelle nanométrique, et d’autre part des surfaces modèles pour étudier l'influence de la géométrie des motifs sur l'effet DRES. Afin d'étudier la relation entre les propriétés optiques et la géométrie de nos systèmes la résonance plasmon localisée de surface (LSPR) et le facteur d'exaltation du champ électrique local ont été simulés par éléments finis. Les zones de forte exaltations ont été localisées sur les nanostructures par microscopie par photoémission d'électrons (PEEM) et l'effet DRES a été démontré en effectuant des mesures Raman avec plusieurs molécules cibles. Les corrélations effectuées entre les résultats de PEEM, les calculs du champ local et les facteurs d’exaltation Raman seront présentées en lien avec les paramètres géométriques des motifs de nanostructures
Since the first observation of Surface Enhanced Raman Scattering (SERS) in 1974 a variety of methods have been developed to physically control the arrangement of metallic nanostructures onto a surface in order to enhance Raman signals. The magnitude of the SERS enhancement factor is mainly driven by the enhanced local electromagnetic field in nanostructured metal surfaces. Gaps between adjacent nanoparticles give rise to strong enhancement effects, often referred as ‘hot spots’. One way to produce highly efficient SERS substrates is to develop a reproducible system of interacting metal nanostructures capable of high field enhancement.We patented a force-assisted Atomic Force Microscopy lithographic method allowing the fabrication of a metallic substrate. It will be shown that this method also provides a relatively simple approach to realize reproducible patterns with controlled geometry that can be used to study the influence of specific pattern geometry on SERS phenomenon.In order to investigate the relationship between optical properties and pattern geometries, localized surface plasmon resonance (LSPR) and local electric field enhancement are simulated.Whereas electric field enhancement regions (hot spot) have been observed on the top of the nanostructures with PhotoEmission Electron Microscopy (PEEM), SERS effect has been demonstrated by performing Raman measurements using several probe molecules. Correlations between PEEM measurements, Raman exaltation and local field calculations are presented in relation with the geometrical parameters of the nanostructured patterns

Le but de cette thèse est d’étudier des nanoparticules d’or par spectroscopie d’extinction, diffusion Raman exaltée de surface (DRES) et champ proche optique. Les mesures d’extinction sur ces particules fabriquées par lithographie électronique ont permis de mettre en évidence l’effet de la forme des particules sur la position de la résonance plasmon. Nous avons également pu mettre en évidence l’existence de modes multipolaires pour des nanoparticules de forme allongée. L’efficacité DRES de ces nanoparticules a été étudiée en déposant différents types de molécules (BPE, rhodamine 6G et acide benzoïque). La dépendance de l’exaltation Raman en fonction de la longueur des nanoparticules a été clairement démontrée et un maximum d’exaltation a été observé pour une longueur spécifique. Pour de tels réseaux de particules, nous avons également montré que l’efficacité DRES des modes multipolaires de plasmon de surface localisés était plus importante que l’exaltation observée pour l’ordre dipolaire. Nous avons également étudié ces nanoparticules métalliques par microscopie optique en champ proche. Lors du fonctionnement du microscope à force atomique (AFM) en mode tapping, nous avons observé la présence d’artefacts d’amplitude corrélés au signal d’erreur dû aux variations de l’amplitude de vibrations de la pointe. Celui-ci se produit pour un mauvais alignement du faisceau d’illumination sur la pointe. Cet artefact peu engendrer la formation d’images optiques n’ayant aucune réalité physique (champ proche). Pour finir nous présentons les premiers résultats sur un nouveau type de pointes appliquées au Raman en champ proche
The aim of this PHD is to study gold nanoparticles by extinction spectroscopie, Surface Enhanced Raman Scattering (SERS) and Near-field optic. The extinction measurements on such particles designed by electronic beam lithography have given evidence of the particle shape effect on the Plasmon resonance position. We have also observed the existence of multipolar Plasmon resonance on elongated nanoparticles. The SERS efficiency of nanoparticles has been investigated by deposing several different molecular probes (BPE, rhodamine 6G and benzoïc acid). The observation of the dependence of the Raman enhancement versus the nanoparticle length is clearly demonstrated and remarkably a maximum enhancement is observed for a specific length. For such particles, we also show clearly that a multipolar localized surface plasmon modes exhibites a stronger efficiency than the first dipolar order. We have studied the nanoparticles by Near-Field Optical Microscopy. We reported on one artefact related to the error signal in cantilever vibration amplitude of the illumination beam and is insidious because it can produce sub-diffraction limited optical features that actually have no correlation with the true optical Near-Field. To conclude, we also present some first results on one new kind of tip applied to Raman Near-Field spectroscopy

Nous avons étudié la position de la résonance de plasmon de surface localisé et la diffusion Raman exaltée de surface de réseaux périodiques de nanostructures métalliques de taille, de forme et d’environnement différents. Pour calculer les résonances de plasmon de surface localisé et les gains Raman, nous avons développé un code de calcul basé sur la méthode aux différences finies dans le domaine temporel en utilisant le modèle de dispersion de Drude-Lorentz. Nos résultats ont mis en évidence une forte influence de la géométrie et de l’environnement des nanoparticules sur leur résonance plasmon et leur signal Raman. Nous avons observé les résonances des modes plasmons d’ordres dipolaires et multipolaires et nous avons observé un décalage entre la position de la résonance de plasmon de surface et la position du maximum de l’intensité du signal Raman quelles que soient la taille et la forme des nanoparticules. Cet outil mathématique peut donc permettre d’optimiser les fabrications d’échantillons, en donnant les paramètres de taille, de forme et d’environnement nécessaires à l’obtention de signaux Raman les plus intenses
We studied the position of the localized surface plasmon resonance and the surface enhanced Raman scattering of periodic arrays of metallic nanostructures with different size, form and environment. To calculate localized surface plasmon resonance and the Raman gain, we developed a numerical code based on the finite difference time domain method using the Drude-Lorentz dispersion model. Our results highlighted a strong influence of the geometry and environment of the nanoparticles on their resonance plasmon and their Raman signal. We observed dipolar and multipolar plasmon mode resonances as well as a shift between the position of the Plasmon resonance and the position of the maximum of the intensity of the Raman signal, whatever the size and the form of the nanoparticles. This numerical tool can thus make it possible to optimize manufacture of samples, by giving the parameters of size, form and environment necessary to achieve the most intense Raman signals

Ce travail de thèse s'articule autour des phénomènes d'exaltation de la diffusion Raman grâce aux propriétés optiques des métaux nobles (Or et Argent). Des expériences de Spectroscopie Raman Exaltée de Surface (SERS : Surface Enhanced Raman Spectroscopy) et de Spectroscopie Raman Exaltée par sonde locale (TERS : Tip Enhanced Raman Spectroscopy) ont permis l'exploration des ces phénomènes. Le premier volet de ce travail a consisté en la préparation de substrats « SERS-actifs » et en l'analyse de leurs pouvoir exaltant. Trois types de substrats ont été élaborés au laboratoire afin d'étudier les paramètres d'influence (structuration de la surface, longueur d'onde et polarisation de la lumière incidente, nature du métal, etc...). Le second volet du travail a été consacré à la mise en place d'un dispositif TERS. La conception des pointes métalliques a fait l'objet d'une attention particulière. De plus, un module a été élaboré afin d'associer un système de nano-positionnement de la pointe à un Raman confoncal commercial. Ce module a aussi été conçu pour permettre de focaliser le faisceau laser à l'extrémité de la nano-sonde métallique. La conception des outils ainsi que la compréhension des résultats expérimentaux sont corrélés à une analyse numérique. Les sources électromagnétiques (plasmons de surface et effet de pointe) de l'amplification de la diffusion Raman sont étudiées avec l'appui de simulations numériques par la méthode des éléments finis. Enfin les aspects chimiques des phénomènes d'exaltation sont abordés par DFT (Density Functiunal Theory).

Les expériences menées en spectroscopie Raman en champ proche optique restent rares du fait de la faiblesse intrinsèque du processus de diffusion Raman. Une partie de cette thèse s’est donc orientée vers l’étude de l’effet Raman exaltée de surface (SERS), technique permettant de détecter de très faibles concentrations de molécules adsorbées à la surface de substrats métalliques rugueux, pour, à terme, enregistrer des spectres Raman en champ proche. Nous avons, dans un premier temps, en utilisant des réseaux de nanoparticules métalliques réalisés par lithographie électronique, étudié différents paramètres (forme, taille, arrangement) permettant d’accorder la résonance plasmon de surface localisé. Nous nous sommes alors intéressés à la relation entre la position de cette résonance et l’intensité du signal SERS. Nous avons observé que l’obtention de la meilleure exaltation dépend non seulement de la position spectrale de la résonnance plasmon, mais également de la géométrie des structures métalliques sur lesquelles sont localisées ces résonances. Parallèlement nous avons développé un microscope en champ proche optique à sonde sans ouverture associé à un éclairage par un continuum de lumière blanche, obtenu en couplant une fibre à cristaux photoniques à un laser pulsé Ti:Sa. Ce dispositif a permis d’étudier la réponse optique de réseaux de particules métalliques, à différentes longueurs d’ondes d’excitation. Nous avons ensuite mis en œuvre un système de comptage de photons pour enregistrer, directement, des spectres « d’extinction » en champ proche
The intrinsic weakness of the Raman process makes its application in a near field optical experiment rather difficult. Thus, as a first step towards near field Raman spectroscopy, we studied Surface-Enhanced Raman Scattering (SERS), a technique that enables the detection of very low concentration of molecules adsorbed on rough metallic surfaces. For the purpose of the near field experiments, these SERS-active samples have to be reproducible and yield good enhancement factors. By designing metallic nanoparticle grating through electron beam lithography, we manage to vary the shape, size and arrangement of the particles, hence enabling a fine tuning of the Localized Surface Plasmon Resonance (LSPR) over the whole visible spectrum. We then investigate the relationship between the spectral position of the LSPR and the SERS intensity. The enhancement factor turned out to depend not only on the spectral position of the LSPR, but also on the shape of the metallic nanoparticles on which the surface plasmon is localized. In the same time, we build up an Apertureless Scanning Near Field Optical Microscope (ASNPM) set-up. The microscope is based on an atomic force microscope and a confocal detection coupled to a spectrometer. The near field/far field discrimination is achieved through the use of a lock-in detection of a photon counting device. Using this set-up along with a white light continuum, generated by coupling a Photonic Crystal Fiber to a Ti:Sa laser, made it possible to investigate the near field optical response of metallic nanoparticle gratings at different excitation wavelengths. A photon counting scheme was then used to directly record near field “extinction” spectra

Ce travail présente une méthode originale de détection et de quantification, sans étape de marquage, de la proportion de bases libres contenues dans des acides nucléiques. La spectrométrie de diffusion Raman exaltée de surface (DRES ou SERS en anglais) nous a permis d’obtenir la signature spectrale spécifique des nucléotides caractéristiques des ARN (adénosine, cytosine, guanosine et uridine), en utilisant des colloïdes d’argent comme substrat-DRES et des ajouts de MgCl2 comme agent d’agrégation. Les conditions de détection ont été optimisées pour établir un protocole de quantification de la proportion des nucléobases non-appariées par spectrométrie DRES. Les limites de détection obtenues sont de l’ordre de quelques dizaines de picomoles. L’amélioration de la reproductibilité des mesures par spectrométrie DRES passe par le contrôle précis des temps de réaction (adsorption et agrégation), qui peut être contrôlé grâce à l’utilisation de plateformes microfluidiques adaptées. Nous avons mis en œuvre deux types de plateformes microfluidiques, l’une basée sur des écoulements monophasiques et l’autre sur la génération de gouttes. Les espèces à analyser sont contenus dans les gouttes, permettant la détection in situ par spectrométrie DRES des divers nucléotides
This work deals with the development of an original label-free method for free bases proportions detection and quantification of nucleic acids. The surface enhanced Raman spectroscopy (SERS) allowed obtaining the specific spectral signature of characteristic nucleotides of RNA (adenosine, cytosine, guanosine and uridine), using silver colloids as SERS substrate and MgCl2 addition as aggregating agent. Then, the condition detection have optimizing to establish a label-free quantification protocol of free nucleobases proportion by SERS spectroscopy. The detection limits obtained are order of few picomoles. The reproducibility improvement of SERS detection requires the precise control of time reaction (adsorption and aggregation), which could be control thanks to microfluidic chips use. We have implemented two different microfluidic chips, one based on single-phase flows and one other based on droplets generation. The analyzed species are containing in droplets, allowing in situ detection by spectroscopy SERS of various nucleotides