Development of SERS metal sensors

Depuis près de 150 ans, la pollution de l’environnement par l’activité humaine a fortement augmenté. La pollution chimique ou biologique est très répandue notamment autour des anciens sites industriels et des zones agricoles... Cette pollution impacte l’environnement mais aussi la santé humaine, végétale et animale ce qui pousse les acteurs publics à mieux encadrer l’utilisation de certains produits dangereux et à développer de nouveaux moyens de détection et d’identification de polluants afin de mieux les éliminer. Certains polluants même sous forme de traces peuvent avoir des conséquences sur la santé publique, de même de nouveaux polluants potentiels restent à identifier. On peut citer la découverte très récente de la pollution des eaux potables française par un résidu de fongicide cancérogène (chlorothalonil). A l’heure actuelle, mise à part des techniques nécessitant de gros équipements de laboratoire, il existe très peu de techniques capables de détecter et d’identifier des contaminants à l’état de traces. Dans le cadre de nos travaux nous avons développé et optimisé des supports métalliques permettant la détection et l’identification de molécules très faiblement concentrées, de l’ordre de 10-6 M et moins, en utilisant la diffusion Raman exaltée de surface (DRES). Nous présentons tout d’abord le protocole expérimental que nous avons optimisé pour réaliser ces supports nanorugueux en or. Les relations entre les propriétés topographiques de surface et les propriétés d’exaltation optique sont ensuite étudiées corrélant les réponses optiques à l’échelle nanométrique par microscopie de photoémission d’électrons (PEEM) et en champ lointain par spectroscopie Raman. La modélisation des phénomènes physiques de surface a été réalisée par COMSOL Multiphysics, un logiciel de modélisation basé sur la méthode de calcul des éléments finis (FEM). En utilisant la topographie « réelle » des surfaces élaborées, obtenue par microcopie à force atomique (AFM) haute résolution, il a été possible de calculer les champs électriques induits sur ces surfaces. Cette approche nous a permis de mieux comprendre les effets de taille des particules, le taux de couverture des surfaces et les effets du support sur l’exaltation des champs électriques de la couche métallique. Des substrats élaborés par lithographie douce par AFM ont ensuite été étudiés afin de mettre en évidence l’intérêt des réseaux de nanostructures sur la détection hyperspectrale et sur l’étude des conformations moléculaires modifiées par les plasmons. La modélisation des propriétés de surface a permis de localiser les endroits de forte exaltation du champ électrique ce qui nous a permis de prédire la réponse des réseaux avant fonctionnalisation par des molécules modèles.