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Accueil du site > Animations Scientifiques > Doctorat 2008 — > Thibault Roland — Localized Surface Plasmon Imaging : a non intrusive optical tool to cover nanometer to micrometer scales in biological systems

Thibault Roland — Localized Surface Plasmon Imaging : a non intrusive optical tool to cover nanometer to micrometer scales in biological systems

Speaker :

Thibault Roland, Laboratoire Joliot-Curie et Laboratoire de Physique, ENS-Lyon

Where :

C023 (RDC LR6 côté CECAM)

When :

Vendredi 30 Octobre 2009 à 14:00

Title :

Localized Surface Plasmon Imaging : a non intrusive optical tool to cover nanometer to micrometer scales in biological systems

Résumé :

La plupart des techniques de microscopie utilisées dans l’étude d’échantillons ou de processus biologiques repose sur l’utilisation de marqueurs (en particuliers fluorescents), ou de sondes physiques (pointes AFM, SNOM...), pouvant interagir plus ou moins fortement avec les échantillons observés. Potentiellement, ce type de technique risque donc de modifier artificiellement les phénomènes mesurés.

Afin de proposer une alternative à ces techniques, un microscope haute résolution reposant sur l’utilisation des plasmons de surface (Scanning Surface Plasmon Microscope, ou SSPM) a été développé au sein du laboratoire de Physique et du laboratoire Joliot-Curie de l’Ecole Normale Supérieure de Lyon. Ce microscope repose sur l’excitation des plasmons, modes d’oscillations collectives des électrons libres d’une couche métallique, dont la condition de résonance est extrêmement sensible à la variation d’indice diélectrique (et à donc la présence d’objets, en particulier biologiques) au niveau de cette surface. Ce phénomène est déjà utilisé pour la mesure globale d’interactions moléculaires entre deux populations (type antigène- anticorps), non nécessairement marquées (techniques de type Biacore, et de microscopie plasmon en champ large). L’atout essentiel du SSPM est l’utilisation d’un objectif à forte ouverture numérique qui focalise la lumière incidente dans une petite zone de l’interface métal/milieu d’observation. La propagation des ondes plasmoniques vers le centre de la zone illuminée conduit à leur structuration et c’est grâce au balayage de l’échantillon que les variations locales d’indice diélectrique des échantillons sont révélées par cet outil. Dans le premier chapitre de cette thèse, nous nous attachons à présenter les principes de microscopie haute résolution à plasmon de surface d’un point de vue expérimental mais aussi théorique, en particulier par la modélisation de la réponse optique du microscope par l’intermédiaire d’un développement multipolaire des équations de Maxwell. Dans un deuxième temps, nous effectuons la caractérisation de couches minces d’or déposées par évaporation thermique sur des substrats de verre. Lors de cette étude, nous montrons que la méthode SSPM permet de détecter avec une très grande sensibilité les inhomogénéités de volume ou de surface de ces couches métalliques, ainsi que leurs variations suivant la préparation des échantillons.

Nous abordons dans une troisième partie la visualisation par microscopie SSPM de nanomatériaux synthétiques (particules métalliques et diélectriques) isolés de différentes tailles (de 10 à 200 nm de diamètre). Nous montrons ainsi que cette méthode est tout à fait adaptée pour imager de tels objets et qu’elle permet aussi de les différencier suivant leur taille ou le type de matériau dont ils sont faits (via leur indice diélectrique). Enfin, nous appliquons l’imagerie SSPM à la visualisation d’objets biologiques non marqués comme des nucléosomes (complexes nucléoprotéiques d’une taille d’environ 5nm d’épaisseur et 11nm de diamètre) ou encore des fibroblastes humains pour lesquels nous distinguons plusieurs types de sous structures (noyau, nucléoles, mitochondries, structures du cytosquelette).

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