Imagerie plasmonique multimodale en vue d'applications biomédicales

par Olivier Loison

Thèse de doctorat en Physique

Sous la direction de Emmanuel Fort.

Soutenue en 2013

à Paris 7 .


  • Résumé

    Surface plasmons are collective oscillation modes of the conductive electrons at the interface between a metal and a dielectric. Plasmonic is a field of optics based on the properties of containment and exaltation of the electromagnetic field given by this mode. Plasmonics is particulary used in biosensors to quantify and to follow interaction dynamic between biomolecules. The specificity of these sensors named Surface Plasmon Resonance (SPR) is their unstrained characteristic. SPR sensitivity relies on the strong dependence of the resonance conditions to the refractive index of the studied dielectric. In particular, the refractive index depends on the biomolecules concentration at the sensor surface. Here, we suggest to use an original device in transmission (tSPR) preserving the strong sensitivity characteristic of standard SPR. We show that this configuration allows a high parallelization density of measurement. Multiplexing given by tSPR is around one order of magnitude more than the one of classical SPR. Propagative surface plasmon (PSP) is associated with an evanescent field. The high intensity of the field and its strong axial confinement have been recently been used in Surface Plasmon mediated Fluorescence (SPF) imaging. Moreover, the presence of a metallic interface in the vicinity of a fluorescent dye induces new relaxation processes, especially via the surface Plasmon, producing a sharp decrease of the fluorescence lifetime. Lifetime information can be extract with a fluorescence lifetime imaging microscope (FLIM). We show that FLIM imaging coupled with surface Plasmon provides nanometric accuracy of the dye-metal distance. We show that such a device is adapted to plasmic membrane tomography with an axial resolution about 15 nm.

  • Titre traduit

    Multimodal plasmonic imaging for biomedical applications


  • Résumé

    Les plasmons de surface sont des modes d'oscillation collectifs des électrons de conduction à l'interface entre métal et diélectrique. La plasmonique est un domaine de l'optique basé sur les propriétés de confinement et d'exaltation du champ électromagnétique offertes par ces modes. La plasmonique est en particulier utilisée dans les biocapteurs en permettant de quantifier et de suivre la dynamique d'interaction de biomolécules. La spécificité de ces capteurs dits à résonance de plasmon de surface, connus sous l'acronyme anglais SPR, est qu'ils ne nécessitent aucun marquage. La sensibilité de la SPR repose sur la forte dépendance des conditions de résonance à l'indice de réfraction local du diélectrique étudié. En particulier, l'indice de réfraction varie en fonction de la concentration en biomolécules à la surface du capteur. Nous proposons ici un dispositif original en transmission (tSPR) préservant la forte sensibilité caractéristique de la SPR standard. Nous montrons que cette configuration permet une haute densité de parallélisation des mesures. Le multiplexage offert par la tSPR est supérieur d'environ un ordre de gràndeur à celle de la SPR classique. Le plasmon de surface propagatif (PSP) est associé à un champ évanescent. L'intensité élevée du champ et son fort confinement axial ont été récemment mis à profit dans des expériences d'imagerie de fluorescence médiée par les plasmons de surface (SPF). De plus, la présence d'une interfade métallique au voisinage d'un fluorophore induit de nouveaux mécanismes de relaxation, notamment via le plasmon de surface, provoquant une chute abrupte de la durée de vie de fluorescence. L'information de durée de vie peut être extraite à l'aide d'un microscope d'imagerie de temps de vie de fluorescence (FLIM). Nous montrons que l'imagerie FLIM couplée avec des plasmons de surface permet obtenir une mesure nanométrique de la distance métal-fluorphore. Nous montrons qu'un tel dispositif est adapté à la tomographique de membrane plasmique sur des cellules avec une résolution axiale de l'ordre de 15 nm.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (121 p.)
  • Annexes : 76 réf.

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  • Bibliothèque : Université Paris Diderot - Paris 7. Service commun de la documentation. Bibliothèque Universitaire des Grands Moulins.
  • PEB soumis à condition
  • Cote : TS (2013) 102
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