Multimodal imaging assisted by pulsed electronic field
Imagerie multimodale assistée par champ électrique pulsé
Résumé
The stimulation of biological cells and tissues by using short high voltage electric pulses induces a change in the permeability of the cell membrane and allows the crossing of various chemical and / or biological elements in the cells. These membrane permeabilization effects depend on the shape and duration of the pulse, but also on its spectral content. Recently, the application of picosecond electric pulses has shown great potential for biomedical applications as they can penetrate deeper into cells and affect nuclei and organelles in the cytoplasm. To study the biological effects induced by these pulses, it is essential to develop new technologies to generate short electric pulses but also to synchronize them with the analysis system. In this context, the work presented in this thesis concerns the development of an innovative electro / optical synchronized pump / probe system for the excitation and analysis of biological samples. This system is based on a frozen wave generator which allows the emission of picosecond electricpulses of high peak voltage (2kV). These are synchronized with a new-generation M-CARS "Multiplex Coherent Anti-Stokes Raman Scattering" imaging system, using an infrared supercontinuum. Three different ways havebeen demonstrated to achieve this CARS system with three different nonlinear media. The signatures of various chemical compoundshavebeen obtained and an image of microscopic objects according to five modalities: bright filed image, M-CARS image, second harmonic image, fluorescence image and non-linear Kerr image.
La stimulation des cellules biologiques et des tissus par des impulsions électriques courtes de haute tension induit une modification de la perméabilité de la membrane cellulaire et autorise le passage de divers éléments chimiques et/ou biologiques dans les cellules.Ces effets de perméabilisation membranaire dépendent de la forme et de la durée de l’impulsion mais aussi de son contenu spectral. Récemment, l’application d’impulsions électriques picosecondes a montré un fort potentiel pour des applications biomédicales du fait qu’elles permettent de pénétrer plus profondément dans les cellules et d’affecter les noyaux et les organites du cytoplasme. Pour étudier les effets biologiques induits par ces impulsions, il est indispensable de développer de nouvelles technologies permettant d’engendrer des impulsions électriques courtes mais aussi de les synchroniser avec le système d’analyse. Dans ce contexte, le travail présenté dans cette thèse concerne le développement d’un système innovant électro/optique pompe/sonde synchronisé pour l’excitation et l’analyse d’échantillons biologiques. Ce système est basé sur un générateur à onde gelée qui permet l’émission d’impulsions picosecondes électriques de forte tension crête (2kV). Celles-ci sont synchronisées avec un système d’imagerie M-CARS «Multiplex Coherent Anti-Stokes Raman Scattering» de nouvelle génération, utilisant un supercontinuum de lumière infrarouge.Trois manières différentes de réaliser ce systèmes CARS sont démontrées avec trois milieux non linéaires différents. Des signatures de divers composés chimiques simples sont obtenues et une image d’objets microscopiques est réalisée suivant cinq modalités : image en lumière blanche, image M-CARS, image de second harmonique, image de fluorescence et image à non-linéarité Kerr.
Domaines
Electromagnétisme
Origine : Version validée par le jury (STAR)