Microscopie optique appliquée à la micro-manipulation par pinces magnétiques à haute résolution et à la visualisation de nano-objets métalliques
Etienne Cavatore (LPS)

Infos Complémentaires

salle L278 - 24 rue Lhomond

vendredi 23 septembre à 11h

Resumé :

Le cadre général de ce travail est une contribution aux techniques de
visualisation de molécules uniques pour leur couplage à un dispositif de
micro-manipulation par pinces magnétiques.

Dans un premier temps, nous avons développé de nouvelles méthodes optiques
pour améliorer la mesure des deux observables majeures en manipulation
d’ADN par pinces magnétiques, l’extension de la molécule sous
investigation et la force qui lui est appliquée. Pour augmenter la
résolution spatiale du dispositif, limitée par le bruit de photons
affectant la détection optique, nous présentons une stratégie
d’acquisition haute-fréquence ainsi qu’une imagerie originale de billes
magnétiques par ondes évanescentes. Nous avons appliqué cette imagerie à
un nouveau principe de séquençage mécanique d’ADN démontrant une précision
accrue, de l’ordre d’une paire de base. Pour étendre la gamme de forces
mesurables aux contraintes élevées, notre objectif était d’accroître la
résolution spectrale de la détection par microscopie vidéo, restreinte par
une faible bande passante. Nous avons mis au point un protocole de
modulation de l’exposition vidéo qui assure un échantillonnage exact des
fluctuations browniennes du système senseur magnétique-brin d’ADN, au-delà
de la fréquence de coupure du système d’acquisition.

Dans un second temps, nous proposons une imagerie photothermique, non
invasive, en champ large et en temps réel, de nanoparticules métalliques
pour le marquage de moteurs moléculaires uniques. Nous présentons le
principe de détection optique synchrone du signal photothermique et
démontrons la possibilité d’imager rapidement des nanoparticules d’or, des
améliorations restent à produire pour visualiser des nanoparticules de
taille adaptée aux applications biologiques. Nous appliquons enfin cette
technique de démodulation optique à la microscopie de fluorescence pour
l’identification sélective d’espèces biochimiques au sein de mélanges
complexes.

Abstract :

The general framework of this thesis is a contribution to single molecule
visualization techniques for their coupling to a magnetic tweezers device.

We have first developed new optical methods to improve measurement of the
two major observable in DNA manipulation by magnetic tweezers, the
extension of the molecule under investigation and the force applied to it.
To increase the spatial resolution of the device, limited by the photon
noise affecting the optical detection, we present a strategy of high-speed
acquisition and a unique imaging of magnetic beads by evanescent waves. We
applied it to a novel principle of DNA mechanical sequencing revealing an
enhanced accuracy in the order of one base pair. To extend the range of
measurement to high forces, our goal was to increase the spectral
resolution of detection by video microscopy, restricted by its low
bandwidth. We thus present a protocol of video-shutter modulation that
allows to exactly sample the Brownian fluctuations of the magnetic sensor
linked to DNA, beyond the cutoff frequency of the acquisition system.

In a second step, we propose a photothermal imaging, non-invasive, in
wide-field and real-time, of metal nanoparticles for molecular motors
labeling. We present the optical lock-in scheme for photothermal
detection and demonstrate the ability to rapidly image gold nanoparticles,
we still need signal-to-noise improvements to image nanoparticles of
suitable size for biological applications. Finally we apply this optical
demodulation technique to the selective identification of biochemical
species in complex mixture, imaged by fluorescence microscopy.

salle L278 - 24 rue Lhomond