Nanostructuration de surface pour l'imagerie à résonance de plasmons de surface de haute résolution

En recherche pharmacologique, les cellules vivantes sont largement utilisees comme milieu d’analyse pour l’etude de phenomenes biologiques, par exemple l’apoptose et la reorganisation cellulaire. Differents outils de caracterisation sont developpes pour analyser et traduire l’information biologique en information quantifiable. L’imagerie a resonance de plasmons de surface (SPR) est sensible aux variations d’indice de refraction d’un milieu a l’interface d’une couche metallique. Elle trouve beaucoup d’applications en recherche pharmacologique, car elle permet l’acquisition d’images en temps reel et ne necessite pas de marquage biologique comme en fluorescence. Cependant, la nature propagative des plasmons de surface (PSP) limite la resolution spatiale en entrainant un etalement de l’information dans la direction de propagation des PSP. Cela signifie qu’il est difficile de resoudre spatialement des details inferieurs a la distance de propagation des PSP, generalement de l’ordre des dizaines de micrometres. Plusieurs groupes de recherche travaillent a ameliorer la resolution spatiale en imagerie SPR. Toutefois, bien que des resolutions spatiales inferieures a celle de la propagation ont ete obtenues, certains compromis ont ete effectues, par exemple la diminution de la resolution temporelle ou d’indice de refraction.Ce projet de these s’insere dans cette problematique en concevant et realisant des dispositifs plasmoniques permettant d’ameliorer la resolution spatiale en imagerie SPR, tout en minimisant les compromis avec les autres parametres d’imagerie. Ces puces SPR sont composees de surfaces metalliques nanostructurees dont le mode guide combine les proprietes des plasmons propagatifs et des plasmons localises. Un logiciel de modelisation numerique a permis de demontrer comment la geometrie des surfaces nanostructurees peut etre optimisee de maniere a reduire la longueur d’attenuation du mode plasmonique tout en conservant un fort contraste d’imagerie. Une geometrie optimale a ete identifiee et des structures de l’ordre du micrometre ont ete observees a l’aide des puces SPR nanostructurees optimisees. Les resultats experimentaux ont montre une reduction de la propagation d’un facteur de 6.3 comparativement a des surfaces metalliques uniformes.Les performances en imagerie des puces SPR nanostructurees ont ete validees au cours d’etudes de reponses cellulaires causees par stimulation a l’aide d’agents pharmacologiques. Les puces ont ete employees dans l’etude de changements d’integrite de couches confluentes de cellules suivant stimulation. La quantification de trous intercellulaires dans la couche a montre une augmentation significative du nombre de petits trous detectes (~ 1-2 µm2) lors de l’utilisation des puces SPR nanostructurees. Cette augmentation de la sensibilite a l’activite cellulaire est le resultat de l’amelioration de la resolution spatiale. Finalement, l’etude de la morphologie de cellules au cytosquelette fortement lineaire a permis d’observer des structures subcellulaires et de suivre la reorganisation du cytosquelette de cellules individuelles. Les puces SPR nanostructurees concues et realisees au cours de cette these montrent un fort potentiel d’applications en imagerie sans marquage de cellules vivantes.