Microspectroscopie par diffusion Raman cohérente

Coherent Raman scattering microspectroscopy

• Auteur / Autrice : Léa Chibani
• Direction : Hilton Barbosa de aguiar
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Physique
• Date : Inscription en doctorat le 01/09/2021
• Etablissement(s) : Université Paris sciences et lettres
• Ecole(s) doctorale(s) : Physique en Ile de France
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Kastler Brossel
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : Ecole normale supérieure

Mots clés

Mots clés libres

Physique

Optique

Diffusion Raman cohérente

Cars

Physics

Optics

Coherent Raman scattering

Cars

Résumé

Les microscopies Raman exploitent les vibrations moléculaires intrinsèques des molécules présentes dans un échantillon biologique, permettant d'obtenir des grandes vitesses d'imagerie sans avoir besoin de marquer les échantillons avec des fluorophores. Si la vitesse d'imagerie de la microscopie Raman s'est considérablement améliorée, la résolution spatiale reste peu compétitive par rapport à celle obtenue par microscopie de fluorescence par exemple. En effet, l'obtention d'une résolution de l'ordre de 100 nm reste difficile à atteindre. La diffusion multiple, considérée comme une nuisance dans tout dispositif optique, peut permettre une super-résolution. Nous avons récemment développé une nouvelle méthodologie d'échantillonnage en microscopie par diffusion Raman stimulée qui a permis de réaliser pour la première fois une imagerie super-résolue d'échantillons biologiques. Cependant, en raison de contraintes liées à la source laser utilisée, nous n'avons pu jusqu'à présent nous concentrer que sur la microscopie (peu profonde), laissant de côté l'approche spectroscopique puissante qui est généralement acquise en microspectroscopie Raman. Dans une prochaine étape, nous allons exploiter une nouvelle technologie de source laser pour permettre la microspectroscopie à super-résolution. En effet, nous mettrons en place une technique complémentaire, la microspectroscopie par diffusion Raman anti-Stokes cohérente, qui permettra d'aller au-delà de notre gain de super-résolution actuel grâce à sa non-linéarité d'ordre supérieur. En outre, la nouvelle source laser sera bien adaptée pour réaliser une microscopie à super-résolution profonde, allant au-delà des méthodes basées sur le Raman. Le développement du projet sera expérimental et nécessitera des calculs numériques.

Raman-based microscopies exploit the intrinsic vibrational spectrum of molecules, achieving video-rate imaging speeds without the need of labelling fluorophores. While there has been a tremendous improvement in speed for Raman microscopy, the spatial resolution has barely enhanced and, as a matter of fact, reaching resolution at the 100 nm-scale still remains a very challenging topic. Multiple scattering, otherwise seen as a nuisance in any optical device, can enable super-resolution. We have recently developed a novel sampling methodology in Stimulated Raman Scattering microscopy that allowed to enable for the first time super-resolution imaging of biological specimens. However, due to constraints in the laser source used, we could only focus on (shallow) microscopy up to now, leaving aside the powerful spectroscopy approach that is typically gained in Raman microspectroscopy. Furthermore, we could not demonstrate the advantage of our method for deep imaging. As a next step, we will exploit a new laser source technology to enable super-resolution microspectroscopy. In particular, we will set up an add-on technique, coherent anti-Stokes Raman scattering microspectroscopy that will enable to go beyond our current super-resolution gain due to its higher-order nonlinearity. Furthermore, the new laser source will be well adapted to perform deep super-resolution microscopy4, going beyond Raman-based methods. The development of the project will be experimental, and will require numerical calculation.