Holographie et imagerie de front d’onde pour l’étude de phénomènes intracellulaires dynamiques - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2022

Holography and wavefront imaging for dynamic intracellular phenomena analysis

Holographie et imagerie de front d’onde pour l’étude de phénomènes intracellulaires dynamiques

Clémence Gentner

Résumé

Holography and wavefront imaging are not only sensitive to intensity but also to the optical phase. Because of this characteristic, these methods are particularly suitable to study the dynamics of micro- or nano-objects at the microscale. The interferometric character of holography allows a selective measurement of very high frequency phenomena, by heterodyne detection. In a dark field configuration, the rotation of anisotropic probe nanoparticles is observed as a fast blinking. By studying the rotational dynamics (brownian or magnetically activated) of these nanoparticles, we measure the viscosity in a very local and quantitative way. We show quantitative viscosity images of fluidic media, such as the cytoplasm of a cell, in which nanoparticles are distributed or injected.While a high temporal coherence of the light source is required in holography, wavefront imaging is compatible with incoherent illumination. The addition of a simple diffuser at the output of a conventional microscope allows to produce a self-referenced quantitative phase imaging setup, which is much simpler than a holographic setup. This allowed us to obtain a label-free contrast based on movements revealing intracellular activity, even in a very transparent environment. This application offers both a metabolic analysis tool and a segmentation of cellular phase images. In order to detect faster dynamics, and more generally lower phase shifts, we propose a method to amplify the phase sensitivity of any wavefront imaging setup.
L’holographie et l’imagerie de front d’onde sont sensibles non seulement à l’intensité, mais aussi à la phase optique. Cet attribut rend ces méthodes particulièrement adaptées à l’étude de la dynamique de micro- ou nano-objets à l’échelle microscopique. Le caractère interférométrique de l’holographie permet une mesure sélective de phénomènes à très hautes fréquences, par détection hétérodyne. Grâce à une configuration en champ sombre, la rotation de nanoparticules sondes anisotropes est observée sous forme de clignotements rapides. En étudiant la dynamique rotationnelle (brownienne ou magnétiquement activée) de ces nanoparticules, nous mesurons la viscosité de manière très locale et quantitative. Ainsi, nous produisons des images de viscosité quantitative dans des milieux fluides, comme le cytoplasme d'une cellule, dans lequel sont réparties ces nanoparticules.Tandis que la cohérence temporelle de la source lumineuse est requise en holographie, l’imagerie de front d’onde est compatible avec un éclairage incohérent. Un simple diffuseur placé en sortie d’un microscope conventionnel permet d’obtenir un montage auto-référencé d'imagerie de phase quantitative, moins contraignant qu'un montage holographique. Celui-ci nous a permis de mettre en contraste, sans marquage, des mouvements révélateurs de l’activité intracellulaire. Cette application offre à la fois un outil d'analyse métabolique, et une segmentation des images de phase de cellules. Afin d'accéder à des dynamiques plus rapides, et plus généralement des déphasages plus faibles, nous proposons une méthode d'amplification de la sensibilité en phase compatible avec tout montage d'imagerie de front d'onde.
Fichier principal
Vignette du fichier
GENTNER_Clemence_these_2022.pdf (29.39 Mo) Télécharger le fichier
Origine : Version validée par le jury (STAR)

Dates et versions

tel-04520983 , version 1 (26-03-2024)

Identifiants

  • HAL Id : tel-04520983 , version 1

Citer

Clémence Gentner. Holographie et imagerie de front d’onde pour l’étude de phénomènes intracellulaires dynamiques. Optique [physics.optics]. Sorbonne Université, 2022. Français. ⟨NNT : 2022SORUS479⟩. ⟨tel-04520983⟩
0 Consultations
0 Téléchargements

Partager

Gmail Facebook X LinkedIn More