Development of a shear force scanning near-field optical microscope for biological applications: imaging ans spectroscopy

par Guangyi Shang

Thèse de doctorat en Physique

Sous la direction de Michel Troyon.

Soutenue en 2004

à Reims .

  • Titre traduit

    Développement d'un microscope à champ proche optique à force de cisaillement pour application en biologie: imagerie et spectroscopie


  • Résumé

    Based on a new force sensor, a shear force scanning near-field optical microscope (ShF-SNOM), that can be operated in the different modes and combined with a confocal laser microspectrofluorometer (CLMF) for biological applications, has been developed. Shear force mechanism was experimentally studied and the knocking mechanism is the main origin responsible for shear force distance control in our system. Experimental parameters concerning the shear force imaging and artifacts due to probe geometric effects are discussed. Shear force and near-field imaging of a silicon grating in the reflection mode, imaging and spectroscopy of electroluminescent structures in the collection mode are demonstrated respectively. As a preliminary study for biological applications, the distribution of P-glycoprotein (P-gp) in the plasma membrane of human small cell lung cancer cells were investigated with sub-diffraction limit resolution. The distribution of P-gp in the cell membrane was found to be not homogenous and cluster formation of P-gp in the membrane was observed. In addition, fluorescence spectra were recorded in a single living cell of human breast adenocarcinoma cells stained with the fluorescent dye JC-1. The variations in fluorescence spectra were measured with vertical resolution of about 100 nm. These results suggest that our system would be a promising tool for biological applications and provide valuable information for understanding some biological problems.


  • Résumé

    Un microscope à champ proche optique basé sur un nouveau senseur de force fonctionnant dans le mode cisaillement a été développé. Il peut être combiné à un microspectrofluorimètre confocal laser pour des applications biologiques et utilisé dans différents modes de fonctionnement. Le mécanisme de détection des forces de cisaillement a été expérimentalement étudié. Il s'avère que l'origine principale de ce mécanisme est le contact intermittent de la sonde avec la surface de l'échantillon qui permet de contrôler la distance pointe-surface. Les paramètres expérimentaux concernant l'imagerie ainsi que les artefacts dus à la géométrie de la sonde sont discutés. Des images en champ proche optique d'un réseau de silicium dans le mode réflexion ainsi que la spectroscopie de structures électroluminescentes dans le mode collection ont été respectivement obtenues. Comme étude préliminaire pour des applications biologiques, la distribution de P-glycoprotéines dans la membrane plasmatique de petites cellules cancéreuses de langue humaine a été étudiée avec une résolution inférieure à la limite de résolution due à la diffraction. Cette distribution n'est pas homogène et se présente sous forme de petits amas. De plus, des spectres de fluorescence ont été obtenus sur des cellules cancéreuses du poumon humain colorées avec la sonde fluorescente JC-1. Des variations dans le spectre de fluorescence ont été mises en évidence avec une résolution verticale de l'ordre de 100 nm. Ces résultats suggèrent que notre système est un outil d'investigation prometteur pour des applications biologiques, capable de fournir des informations dignes d'intérêt permettant de mieux comprendre certains problèmes biologiques

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Informations

  • Détails : 140p.
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. : 186ref.

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  • Bibliothèque : Université de Reims Champagne-Ardenne. Bibliothèque universitaire. Bibliothèque Moulin de la Housse.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : 04REIMS005
  • Bibliothèque : Université de Reims Champagne-Ardenne. Bibliothèque universitaire. Bibliothèque Moulin de la Housse.
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