Microscopie de fluorescence par illumination structurée à démodulation rapide

Fast demodulation structured illumination fluorescence microscopy

• Auteur / Autrice : Pierre Bourdoncle
• Direction : Emmanuel Fort
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance le 11/12/2023
• Etablissement(s) : Université Paris Cité
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Physique en Île-de-France (Paris ; 2014-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut Langevin-Ondes et images (Paris ; 1997-....)
• Jury : Président / Présidente : Vincent Studer
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Emmanuel Fort, Vincent Studer, Christine Grauby-Heywang, Laurent Héliot, Alexandra Fragola
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Christine Grauby-Heywang, Laurent Héliot

Mots clés

Mots clés contrôlés

Phototaxie

Optique adaptative

Microscopie de fluorescence

Mots clés libres

Microscopie

Fluorescence

Illumination structurée

Microscopy

Fluorescence

Structured illumination

Résumé

Mon travail de thèse a été de développer une technique de microscopie la moins phototoxique possible, tout en améliorant le sectionnement optique, sur les bases de l'illumination structurée. En effet, la microscopie d'illumination structurée SIM (Structured Illumination Microscopy) est une technique permettant de séparer le signal d'intérêt modulé, du bruit de fond non modulé provenant des plans hors focus. Pour cela il est nécessaire de projeter un motif, qui peut être un réseau, sur l'échantillon. La présence du réseau va moduler uniquement le signal d'intérêt au plan focal. Pour démoduler le signal d'intérêt, il est important d'avoir le plus possible de phases et d'angles différents de ce réseau. Cela entraine proportionnellement la création d'un grand nombre d'images et parallèlement l'augmentation de l'énergie lumineuse reçue par l'échantillon ce qui augmente la phototoxicité. Ainsi, nous avons tenté de limiter au maximum le nombre d'images nécessaires à la démodulation du signal, en regroupant le minimum d'information sur un seul temps de pause de la caméra, ce qui a eu pour effet de rendre le système moins phototoxique pour les échantillons, tout en gagnant en contraste et en résolution.

My thesis work was to develop a minimally phototoxic microscopy technique while improving optical sectioning based on structured illumination. Structured Illumination Microscopy (SIM) is a technique that separates the modulated signal of interest from the unmodulated background noise coming from out-of-focus planes. To achieve this, it's necessary to project a pattern, which can be a grid, onto the sample. The presence of the grid modulates only the signal of interest at the focal plane. To demodulate the signal, it's important to have as many phases and different angles of this grid as possible. However, this leads to the creation of a large number of images, consequently increasing the light energy received by the sample and causing phototoxicity. Therefore, we attempted to minimize the number of images needed for signal demodulation by consolidating the minimal information in a single camera exposure time. This had the effect of reducing phototoxicity for the samples while enhancing contrast and resolution.