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Développement d'un endomicroscope miniature fibré haute résolution pour l’imagerie multiphotonique in vivo de tissus biologiques non marqués

le 22 août 2014 à 11 h
Guillaume Ducourthial, Laboratoire Xlim, Département Photonique, Université de Limoges

La microscopie multiphotonique constitue un outil essentiel d’investigation en biologie cellulaire et tissulaire. Son extension à l’endoscopie est actuellement l’objet d’intenses efforts de recherche et de développement [1] avec en perspective des applications en neurosciences (ex. : imagerie cérébrale du petit animal) ou en clinique (ex. : diagnostic précoce, aide à la biopsie). Cet exposé porte sur le développement d’une sonde miniature à fibre optique pour la microscopie multiphotonique dont les performances inédites sont similaires à celles d’un microscope de table de même type. Le dispositif proposé est alimenté par un oscillateur au titane-saphir standard (li=800 nm, Dli=10 nm ; Dti=100 fs @ 80 MHz). Vient ensuite un module de pré-compensation des distorsions linéaires et non linéaires se produisant dans la fibre endoscopique, comportant notamment un étireur à grism (réseau en contact avec un prisme). Cette stratégie permet l’obtention à la sortie d’une fibre de 5 mètres de long d’impulsions compressées de Dtf = 39 fs qui sont ainsi de façon remarquable plus courtes que celles délivrées par l’oscillateur [2]. Elle a été de plus validée au travers de la réalisation d’un microscope multiphotonique fibré. Le dispositif est constitué d’une fibre optique microstructurée à double gaine composée exclusivement de silice pure (et de canaux d’air) si bien qu’elle est exempte d’autofluorescence. Elle est optimisée pour l’excitation multiphotonique (3,4 μm de diamètre de coeur central qui est à maintien de polarisation) et la collection du signal VIS produit par les cibles biologiques (ajout d’une deuxième gaine collectrice à forte ON et grande surface). La formation d’une image sur un champ de 250 μm de diamètre avec une résolution transverse mesurée de 0,83 μm est assurée par balayage résonant de l’extrémité libre de la fibre soumise à l’action d’une céramique piézoélectrique miniature alimentée électriquement à basse tension (30 V). La sonde est équipée d’un assemblage de trois doublets achromatiques permettant une distance de travail de supérieur à 400 μm. Enfin cette sonde imageuse est encapsulée dans un tube en acier inoxydable biocompatible (diam. ext.= 2.2 mm). La détection qui a lieu à l’extrémité proximale de la fibre endoscopique comprend deux canaux spectraux pouvant fonctionner en comptage de photons résolu en temps (mesure de durée de vie de fluorescence opérationnelle) et permettant l’affichage de 8 images bimodales par seconde. L’efficacité de ce dispositif a entre autres été démontrée par l’enregistrement d’images in vivo sans marquage de reins de souris par fluorescence endogène à deux photons des flavines des cellules épithéliales des tubules rénales et génération de second harmonique du collagène de la capsule rénale. 30 mW sur les tissus sont suffisants afin d’effectuer des observations à plusieurs centaines de microns sous la surface des tissus.
Références
[1] F. Helmchen, W. Denk and J. N.D. Kerr, “Miniaturization of two-photon microscopy for imaging in freely moving animals,” Cold Spring Harbor Protoc., 2013, pp. 904-913, doi:10.1101/pdb.top078147.
[2] G. Ducourthial et al., “Label free multiphoton imaging of human pulmonary tissues through two-meter-long microstructured fiber and multicore image-guide”, Proceeding SPIE 8575, Endoscopic Microscopy VIII, 85750H (March 13, 2013).

 


Lieu(x) :         Amphithéatre Becquerel, Ecole Polytechnique


Contact :       Marie-Claire Schanne-Klein
                      marie-claire.schanne-klein at polytechnique.edu


À télécharger :       Séminaire DUCOURTHIAL.pdf - PDF