Etude de propriétés biophysiques de cellule bactérienne par la réfractométrie optofluidique

Refractive Index Distribution of Single Cell and Bacterium Usingan Optical Diffraction Tomography System

• Auteur / Autrice : Yang Patricia Liu
• Direction : Tarik Bourouina, Yamin Leprince-Wang
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Electronique, Optronique et Systèmes
• Date : Soutenance le 14/11/2016
• Etablissement(s) : Paris Est
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mathématiques, Sciences et Technologies de l'Information et de la Communication (Champs-sur-Marne, Seine-et-Marne ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire électronique, systèmes de communication et microsystèmes
• Jury : Président / Présidente : Isabelle Ledoux-Rak
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Tarik Bourouina, Yamin Leprince-Wang, Wee Ser, Lip Ket Chin
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Yong Chen

Mots clés

Mots clés contrôlés

Bactéries

Réfractométrie

Biophysique

Mots clés libres

Biophysique

Optofluidique

Bactérie

Biophysics

Optofluidic

Bacterium

Résumé

L'indice de réfraction est l'un des paramètres physiques les plus importants qui régissent les comportements à la lumière de cellules et d'autres micro-organismes. Son importance réside dans le fait qu'il peut être utilisé pour déterminer ou mettre en corrélation avec d'autres paramètres biophysiques importants de la cellule tels que la masse sèche, la masse humide, l'élasticité et est utilisé pour étudier les activités dynamiques cellulaires. L'objectif principal de cette recherche est d'étudier et de mesurer les indices de réfraction de bactérie et de cellules unitaires ainsi que leur réponse à des stimulations micro-environnementales.Notre étude expérimentale comprend deux approches. La première consiste en une plate-forme microfluidique intégrée de réfractomètrie par immersion pour mesurer les paramètres biophysiques (taille, forme et indice de réfraction) de trois espèces de bactéries, à savoir Escherichia coli, Shigella flexneri et Vibrio cholerae. Ces paramètres peuvent fournir des signatures biophysiques des bactéries ciblées. L'importance de ce travail de recherche réside dans l'établissement d'un système rapide, sans label fluorescent et à bas coût pour la détection d'une quantité infime de bactéries nocives dans l'eau potable.L'autre approche consiste à obtenir la distribution de l'indice de réfraction au sein d'une seule cellule avec l'accent mis sur l'étude des gouttelettes lipidiques intracellulaires ainsi que leur réponse à une stimulation micro-environnementale. A cet effet, nous avons recouru à un système de diffraction tomographique optique intégré avec imagerie par fluorescence. Ce type d'étude sur l'indice de réfraction de gouttelettes lipidiques cellulaires initie une nouvelle approche pour une meilleure compréhension des gouttelettes lipidiques et leurs rôles essentiels dans le métabolisme cellulaire

Refractive index is one of the most important physical parameters in governing the light-reaction behaviors of cells and other microorganisms. Its significance lies in the fact that it can be used to determine or correlate with other important biophysical parameters such as dry mass, wet mass, elasticity and used to study dynamic cell activities. The main objective of this research is to study and measure refractive indices of single bacterium and cell as well as cell’s response to microenvironment stimulations.The experimental study includes two approaches. One approach is the development of an integrated microfluidic immersion refractometer platform to measure the biophysical parameters (the size, shape and refractive index) of three bacteria species, namely Echerichia coli, Shigella flexneri and Vibrio cholera. These parameters could provide biophysical signatures of the targeted bacteria. The significance of this research work lies in establishing a rapid, label-free and low-cost system for detection of minute amount of harmful waterborne bacteria in drinking water.The other experimental approach is to obtain the refractive index distribution of a single cell with the focus on studying the intracellular lipid droplets and their response towards microenvironmental stimulation using an optical diffraction tomographic system integrated with fluorescence imaging. The investigation of the refractive index of cellular lipid droplets initiates a novel approach for deeper understanding of the lipid droplets and their critical roles in metabolism