La détection de molécules en quantités infimes, qu’il s’agisse de marqueurs de maladies, de polluants ou de toxines, constitue un défi majeur pour la santé et la protection de l’environnement. Les capteurs actuels peinent encore à identifier ces substances à l’état de trace ultime, d’autant qu’elles sont souvent dispersées dans des milieux très complexes, en présence de nombreuses autres espèces.

Nos recherches menées dans le cadre d’une collaboration multidisciplinaire entre plusieurs équipes de recherche – IRCER et XLIM*, à Limoges et L2n* à Troyes, ayant bénéficié du soutien du LABEX ∑-LIM**, ont abouti à la conception et la fabrication d’un biocapteur nanocomposite inédit. Son originalité réside dans une architecture nanocomposite parfaitement contrôlée, spécialement optimisée pour exploiter une méthode de détection plasmonique ultrasensible : le décalage de Goos Hänchen.

Les nano-architectures intègrent des nanoparticules d’argent de 2 à 3 nm de diamètre, noyées dans un film d’oxyde d’aluminium de 12 nm d’épaisseur, le tout recouvert d’un film d’or de 48 nm.

Leur fabrication repose sur des procédés d’ablation laser en régime nanoseconde, combinant la formation des nanoparticules d’argent par nucléation homogène en phase gazeuse et le dépôt des films d’oxyde d’aluminium et d’or par ablation laser conventionnelle, réalisés en un seul cycle grâce à un système spécifique développé à l’IRCER.

La détection biologique s’appuie sur la mesure optique du décalage latéral de réflexion, amplifié par la singularité de phase (décalage de Goos Hänchen), qui est particulièrement sensible aux variations d’indice de réfraction du milieu environnant : le milieu à analyser ici. L’amplification significative de l’extinction optique et du décalage a été confirmée par des modélisations théoriques, notamment la méthode de matrice de transfert (TMM), les simulations des différences finies dans le domaine temporel (FDTD) et la méthode des éléments finis (FEM).

Les nanocomposites avec une concentration volumique de 16 %vol. en nanoparticules d’argent de taille 2,3 ± 0,9 nm permettent une détection record et reproductible à une concentration de 0,1 attomole par litre de biomarqueurs tumoraux comme TNF-α (Tumor Necrosis Factor alpha) [1].

Une telle sensibilité ouvre des perspectives prometteuses pour la détection précoce de pathologies, notamment cancéreuses,  bien avant l’apparition des premiers symptômes, à partir d’un simple prélèvement sanguin.

Cette avancée pourrait transformer la médecine préventive et le suivi environnemental, en rendant accessible la détection de substances jusqu’alors indétectables.

*IRCER, UMR 7315 CNRS/Université de Limoges, *XLIM, UMR 7252 CNRS/Université de Limoges, *L2n, UMR 7076 CNRS/Université Technologique de Troyes.

** Projet de recherche ∑-PIX et co-financement de la thèse de Manon Gireau « Films composites nano-architecturés élaborés par ablation laser impulsionnelle : Vers des biocapteurs plasmoniques ultra-sensibles », nov. 2025.

Publication 25 mars 2026 :

https://doi.org/10.1038/s41378-026-01222-3

Fusheng DU (Light, Nanomaterials & Nanotechnologies (L2n), CNRS-UMR 7076, University of Technology of Troyes, 10004, Troyes, France), Manon GIREAU (Institute of research for ceramics (IRCER), CNRS-UMR 7315, University of Limoges, 12 rue Atlantis, 87068, Limoges, France), Joelle YOUSSEF, Georges HUMBERT (XLIM Research Institute, CNRS-UMR 7252 CNRS, University of Limoges, 123, Av. A. Thomas, 87000, Limoges, France), Sébastien VERGNOLE (ALPhANOV, Centre technologique Optique &Lasers, 87200, Limoges, France), Frédéric DUMAS-BOUCHIAT, Corinne CHAMPEAUX (Institute of research for ceramics (IRCER), CNRS-UMR 7315, University of Limoges, 12 rue Atlantis, 87068, Limoges, France), Shuwen ZENG (Light, Nanomaterials & Nanotechnologies (L2n), CNRS-UMR 7076, University of Technology of Troyes, 10004, Troyes, France)