Spectroscopies femtosecondes de molécules biologiques : vers une détection optique des bactéries

par Laurent Guyon

Thèse de doctorat en Physique

Sous la direction de Jean-Pierre Wolf.

Soutenue en 2007

à Lyon 1 .

mots clés

• Bactéries
• Flavines
• Tryptophane
• Photodissociation
• Capteurs optiques

Résumé

Dans le cadre général de la détection optique de bactéries, nous mettons en œuvre deux méthodes originales pour distinguer des molécules dont les propriétés optiques sont similaires : la LIBS femtoseconde pour les bactéries, et le contrôle cohérent pour les flavines. La distinction des flavines par contrôle cohérent consiste à façonner une impulsion excitatrice à 400 nm, et à contrôler l'état excité des molécules en phase liquide par une deuxième impulsion infrarouge qui en diminue la fluorescence. Nous mettons en évidence le rôle du solvant dans ce processus bi-impulsionnel de déplétion, pour le tryptophane. Les études spectroscopiques en phase liquide, qui utilisent des impulsions intenses, engendrent des effets non-linéaires parfois inattendus, qu'il est important de connaître : c'est pourquoi nous étudions la filamentation dans un milieu liquide absorbant. La photofragmentation des chromophores biologiques ionisés, flavines et tryptophanes, est examinée en phase gazeuse à l'aide d'un dispositif « pompe-pompe » similaire à celui de la déplétion. Nous montrons, avec la flavine mononucléotide, que la seconde impulsion diminue certaines voies de fragmentation au profit des autres. Enfin, nous révélons les potentialités de la LIBS femtoseconde pour l'analyse foliaire et la discrimination de bactéries

Titre traduit

Femtosecond spectroscopy of biomolecules : towards an optical detection of bacteria

Résumé

Within the general framework of the optical detection of bacteria, we implement two original methods to distinguish molecules whose optical properties are similar: femtosecond LIBS for bacteria, and coherent control for flavins. Coherent control distinction of flavins consists in 400 nm pulse shaping, and then controlling the excited state of molecules in the liquid phase by a second infrared pulse which decreases fluorescence. We bring to the fore solvent role for this two pulses process of depletion with tryptophan. Spectroscopic studies in liquid phase with intense pulses sometimes generate unexpected non-linear effects, which is at the origin of the study of the filamentation in an absorbing liquid medium. Photofragmentation of ionized biological chromophores, flavins and tryptophan, are examined in gas phase using similar ``pump-pump" scheme to the one used for depletion. We show, with flavin mononucleotide, that the second pulse decreases certain ways of fragmentation to the benefit of the others. Lastly, we reveal the potentialities of femtosecond LIBS for bacteria discrimination and foliar analysis