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Une approche simple pour la microscopie multimodale non-linéaire.

Bertrand-Grenier, Antony (2011). Une approche simple pour la microscopie multimodale non-linéaire. Mémoire. Québec, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, Maîtrise en sciences de l'énergie et des matériaux, 99 p.

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Résumé

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Les avancées récentes en physique des lasers ont permis de mettre en oeuvre de nouvelles techniques de microscopie contribuant grandement à la recherche dans plusieurs domaines, notamment l'imagerie biomédicale. Sachant que les liaisons chimiques possèdent des fréquences de vibration qui leur sont caractéristiques, l'une de ces techniques consiste à stimuler l'excitation vibrationnelle d'une liaison chimique spécifique par différence de fréquences de deux impulsions lasers, communément nommées «pompe» et «Stokes ». Connue sous le nom de microscopie CARS (« Coherent anti-Stokes Raman Scattering »), cette technique utilise l'effet Raman stimulé comme contraste d'imagerie. Cette technique a été introduite pour la première fois en 1982 [1] et a été mise en oeuvre en 1999 [2]. L'intérêt majeur de cette technique de microscopie est d'abord l'absence de marquage, c'est-à-dire que les échantillons ne nécessitent aucun agent fluorescent. De plus, elle est grandement utilisée pour détecter les vibrations CH2 symétriques dans un échantillon biologique donné qui elles sont très présentes dans les lipides comme la myéline. D'autre part, la microscopie CARS permet de combiner information spectrale et imagerie haute résolution (de l'ordre du micron [2]). Ce mémoire présente une nouvelle approche pour cette technique d'imagerie: Un montage expérimental CARS basé sur deux lasers et un microscope a été conçu afin de pouvoir imager des échantillons biologiques tels que l'enveloppe des nerfs riches en myéline. Le premier faisceau utilisé, pour la pompe, est un laser Titane: Saphir accordable qui permet de générer des impulsions lasers d'une durée de 100 femtosecondes et le deuxième, le faisceau Stokes, provient d'un laser à 1064 nm avec des impulsions d'une durée de 12 picosecondes. L'objectif étant d'imager les lipides et d'utiliser la vibration CH2 symétrique, la durée d'impulsion limitée par la transformée de Fourier pour laquelle le signal CARS est optimal est de l'ordre de la picoseconde [3]. Il est donc nécessaire d'augmenter la durée de l'impulsion du faisceau pompe pour qu'elle soit non loin de cette durée en filtrant spectralement l'impulsion femtoseconde. Pour ce faire, nous construisons un filtre d'amplitude basé sur un système dispersif et une géométrie 4f afin d'avoir une sélectivité spectrale sur le laser pompe. Un autocorrélateur d'intensité a été également mis au point afin de connaître la durée des impulsions lasers. Ce filtre d'amplitude est constitué de deux réseaux qui dispersent et recombinent les fréquences. À l'aide de lentilles et d'une fente, nous pouvons sélectionner une largeur spectrale voulue au plan de Fourier. En réduisant la largeur spectrale de l'impulsion en soustrayant une partie des fréquences du spectre de l'impulsion femtoseconde, nous augmentons la durée de l'impulsion. Alors, nous pouvons produire un graphique de la durée d'impulsion en fonction de l'ouverture de la fente. Par exemple, les résultats démontrent qu'à 500 microns d'ouverture, la durée de l'impulsion est de 1.4 picoseconde et qu'à 400 microns, la durée est de 1.8 picoseconde. Nous avons donc pu travailler avec une ouverture de fente non loin de 450 microns. Par la suite, nous avons pu imager des échantillons biologiques, soit le fascia et un tissu composé de nerfs qui sont riches en myéline. Dans les deux cas, ces tissus ont été obtenus par biopsie sur des souris. Pour l'imagerie du système nerveux, nous avons étudié trois possibilités: Un tissu prélevé chez une souris non-infecté, infecté par le virus exprimant la protéine fluorescence mCherry et un autre infecté par le virus exprimant la protéine fluorescente 78UStdtomato. Avec ce système à deux lasers, nous pouvons non seulement utiliser la technique de microscopie CARS, mais également la fluorescence par absorption deux photons et l'imagerie de seconde harmonique qui ne requièrent qu'un seul laser. Les images obtenues avec ce système démontrent très bien la complémentarité des techniques d'imagerie. Mon travail de recherches réalisé dans le cadre de la maîtrise constitue la première étape au développement d'une plate-forme de microscopie optique non-linéaire multimodale.

Type de document: Mémoire
Directeur de mémoire/thèse: Légaré, François
Informations complémentaires: Résumé avec symboles
Mots-clés libres: Optique non-linéaire; microscopie CARS; fluorescence; seconde harmonique; filtre d'amplitude; spectroscopie Raman; myéline
Centre: Centre Énergie Matériaux Télécommunications
Date de dépôt: 22 janv. 2013 16:38
Dernière modification: 15 mars 2016 20:04
URI: http://espace.inrs.ca/id/eprint/716

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