Développement d'un microscope à deux photons utilisant une matrice de micromiroirs pour le suivi en temps réel et en 3D de nanocristaux non linéaires

La thèse porte sur le développement de 3D-REDSHOT un microscope à deux photons dédié au suivi en 3D et en temps réel de particules uniques en régime de super-localisation. L'application ciblée est la mesure des paramètres du transport intraneuronal dans un échantillon optiquement épais. Pour cela nous avons choisi de suivre le signal de second harmonique émis par des nanocristaux non linéaires. L'originalité de la méthode repose sur l'utilisation d'une matrice de micromiroirs (DMD) et de l'holographie numérique afin de changer la position de focalisation du laser d'excitation. Nous créons ainsi un motif d'excitation au voisinage de la nanoparticule, ce qui nous permet de localiser la particule en temps réel. Nous atteignons un régime de quelques millisecondes, avec une précision de localisation de 10 à 20 nanomètres estimée par maximisation de la vraisemblance. Avec 3D-REDSHOT il est possible de suivre avec précision des nanoparticules avec des vitesses allant jusqu'à 32 µm/s sur une longueur caractéristique de 50 µm. Nous utilisons également les hologrammes pour corriger le front d'onde et obtenir ainsi un spot plus lumineux au foyer laser. La méthode de suivi a été appliquée sur des nanocristaux (nanosphères de BaTiO3, ~100 nm de diamètre) spontanément internalisés par endocytose dans des cellules Neuro2a vivantes et nous avons observé que les endosomes marqués par les nanocristaux affichaient des trajectoires directionnelles habituelles, pilotées par des moteurs moléculaires, ainsi que des phases de marche et d'arrêt typiques.