Caractérisation de nano-sources de lumière en régime microfluidique grâce à la microscopie non-linéaire

Characterization of nano emitter of light in a microfluidic regime using non-linear microscopy

• Auteur / Autrice : Théo Travers
• Direction : Denis Gindre, Matthieu Loumaigne
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance le 12/12/2022
• Etablissement(s) : Angers
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Matière, Molécules Matériaux et Géosciences (Le Mans)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : MOLTECH-Anjou (Angers ; 2004-....) - MOLTECH-Anjou
• Jury : Président / Présidente : Guillaume Brotons
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Abdel Illah El Abed
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Jérôme Plain, Martinus Werts

Mots clés

Mots clés contrôlés

Microscopie

Optique non linéaire

Microfluidique

Mots clés libres

Microscopie non-Linéaire

Suivi individuel

Microfabrication

Feuille de lumière

Non-Linear microscopy

Tracking

Microfluidics

Microfabrication

Light-Sheet

Résumé

La microscopie non-linéaire a permis depuis plusieurs années de faire évoluer l'observation des tissus biologiques grâce à une amélioration des contrastes lorsque les échantillons sont denses et épais. Néanmoins, la génération des effets non-linéaires impose des limitations techniques telles que le balayage d'un faisceau laser pour former une image de la réponse de l'échantillon. Cela peut restreindre l'utilisation de la microscopie non-linéaire à des expériences où les émetteurs sont statiques. Pourtant, de nombreuses expériences en biologie requièrent le suivi individuel de biomarqueurs greffés à des molécules comportant un intérêt pour la compréhension des phénomènes d'interactions au sein de cellules vivantes. Le but de ce travail de thèse est d'adapter l'utilisation de la microscopie non-linéaire limitée temporellement par son balayage, au suivi individuel de nano-émetteurs de lumière en diffusion libre. Cette étude répond à cette problématique en établissant un compromis entre la résolution spatiale et la cadence d'acquisition des images afin d'obtenir des résultats statistiquement fiables. L'objectif de ce travail s'est également étendu à la maîtrise d'un nouveau processus de fabrication de puces microfluidiques. Ceci a permis de mettre au point une microscopie à feuille de lumière intégrée à une puce microfluidique au moyen de deux fibres optiques. Dans le but d'appliquer les outils de mesure et les supports d'expériences réalisés, un début d'étude sur la formation d'agrégats en canaux microfluidiques est présenté où l’agrégation de molécules AIE est forcé afin d'estimer leur taille en arrêtant le flux et en étudiant leur mouvement de diffusion.

Nonlinear microscopy has allowed for several years to evolve the observation of biological tissues thanks to an improvement in contrast when the samples are dense and thick. Nevertheless, the generation of nonlinear effects imposes technical limitations such as scanning a laser beam to image the sample response. This may restrict the use of nonlinear microscopy to experiments where the emitters are static. However, many experiments in biology require the individual monitoring of biomarkers grafted to molecules of interest for the understanding of interaction phenomena within living cells. The aim of this thesis is to adapt the use of non linear microscopy, limited in time by its scanning, to the individual follow-up of light nano-emitters in free diffusion. This study addresses this problem by establishing a compromise between spatial resolution and image acquisition rate in order to obtain statistically reliable results. The objective of this work has also been extended to the control of a new microfluidic chip fabrication process. This allowed the development of a light sheet microscopy integrated to a microfluidic chip using two optical fibers. In order to apply the measurement tools and experimental supports realized, a first study on the formation of aggregates in microfluidic channels is presented where the aggregation of AIE molecules is forced in order to estimate their size by stopping the flow and by studying their diffusion movement.