Système de caractérisation électrique/optique de cellules biologiques

Sujets de thèse 2014

Intitulé de la thèse
Système de caractérisation électrique/optique de cellules biologiques
Publication du sujet sur le site de l’ABG : NON
Nature du financement : non connu à ce jour
Domaine de compétences principal (pour l’ABG) : Sciences pour l’Ingénieur
Domaine de compétences secondaire (pour l’ABG) : Physique
Spécialité de doctorat : Electronique des hautes fréquences, Photonique et Systèmes

Lieu de travail
Institut Xlim
Date Limite de candidature : 30/06/2014
Laboratoire d’accueil : XLIM/PHOTONIQUE

Présentation de l’équipe de recherche
L’équipe de recherche fait partie du département photonique de l’institut Xlim. Elle s’inscrit dans le thème transversal « bio-électro-photonique ». Elle comprend une dizaine de chercheurs enseignants-chercheurs, post docs et doctorants. Ses thèmes de recherche portent principalement sur la mise au point de sources pour le diagnostic médical (cytométrie en flux) et sur le développement de nouvelles techniques de caractérisation optique et électro-optique de cibles biologiques (CARS, électro-CARS, etc…).

Résumé de la thèse en français
La thèse a pour objet de développer un nouveau dispositif de caractérisation de cibles biologiques travaillant à l’échelle intra-cellulaire, basé sur le couplage de la technique CARS (Coherent Antistokes Raman Spectroscopy) avec l’excitation de ces cibles biologiques par des impulsions électromagnétiques brèves. L’objectif est d’améliorer les performances des dispositifs CARS usuels d’une part, d’étudier l’effet des impulsions EM sur le métabolisme cellulaire d’autre part

Résumé de la thèse en anglais
The thesis aims to develop a new device for characterizing biological targets working at the intra-cellular scale, based on the coupling of the CARS technique (Coherent Antistokes Raman Spectroscopy) with the excitation of these biological targets by short electromagnetic pulses. The objective is to improve the performance of conventional CARS devices, and to study the effect of EM pulses on the cellular metabolism.

Description complète du sujet de thèse
Des impulsions électriques brèves et contrôlées en amplitude modifient la structure d’une cellule biologique de façon réversible. En particulier, elles rendent sa membrane perméable à des molécules positionnées à l’extérieur, permettant ainsi d’introduire des agents qui modifient l’expression génétique de cette cellule (gènes entiers, petits fragments d’ADN ou d’ARN, autres molécules naturelles ou synthétiques). Ceci constitue un moyen d’agir sur certaines cellules en vue de concevoir de nouvelles thérapies mieux ciblées et plus efficaces.
La mise en place d’émetteurs locaux comme des électrodes permet de cibler des tissus particuliers. La forme des impulsions électriques joue alors un rôle essentiel au niveau de la stimulation des organismes microscopiques. Si l’exposition d’éléments vivants à des champs électromagnétiques courts est de plus en plus largement développée, il est encore difficile de réaliser en temps réel un diagnostic de l’impact de cette exposition. Ce diagnostic peut se faire dans le domaine optique, par l’analyse spectrale d’un signal CARS émis par les cellules d’intérêt sous certaines conditions d’excitation lumineuse.
Dans ce contexte, nous souhaitons développer un nouveau système de pompe/sonde électrique/optique, conçu dans notre laboratoire, appelé « ElectroCARS » (pour Electric Coherent AntiStokes Spectroscopy). Les éléments de base de ce système sont une source laser impulsionnelle, des fibres optiques microstructurées et LMA (Large Mode Area), un microscope, un système de génération d’impulsions électriques et un système de détection piloté par ordinateur.
Les principales tâches à accomplir durant la thèse porteront sur:
– Une bibliographie régulière sur les travaux relatifs à la cohérence dans les systèmes biologiques, et le lien entre effets électroniques et moléculaires;
– La conception d’une source de continuum optimisée pour l’application visée, avec les simulations associées;
– L’amélioration d’une source d’impulsions électromagnétiques nanoseconde déjà conçue au laboratoire en vue d’obtenir les profils temporels requis;
– La synchronisation des différents signaux au niveau des cibles biologiques
– La mesure et l’étude de l’impact des ondes électriques sur des matériaux biologiques en utilisant le système optimisé.

Objectifs scientifiques de la thèse
L’objectif de cette thèse concerne la mise au point d’un nouvel outil d’analyse biologique permettant d’améliorer la compréhension de l’impact des ondes électromagnétiques micro-ondes sur des cellules ou tissus. Ce système consiste en un dispositif d’analyse optique par effet non linéaire couplée à une excitation impulsionnelle électrique. D’un point de vue plus fondamental, ce projet concerne la compréhension des couplages entre vibrations électroniques et moléculaires au sein de composés biologiques (« Coherence Fröhlich»)

Compétences à l’issue de la thèse
Ces compétences, principalement à caractère expérimental, couvrent les champs suivants:
– l’optique non linéaire en général
– l’optique guidée dans les fibres non conventionnelles et les effets non linéaires dans ces fibres
– l’opto-électronique (dispositifs photo-conducteurs)
– l’interaction lumière-matière
– certains aspects de la biophotonique

Mots clés (séparés par des virgules)
Optique non linéaire, CARS, photoconducteurs, interaction lumière matière

Conditions restrictive de candidature (nationalité, âge, …) : NON

Expérience/profil souhaité(e)
– Formation universitaire ou école d’ingénieur avec des bases solides en optique photonique, électromagnétisme et, si possible, traitement du signal.
– Attrait affirmé pour le travail expérimental et la pluridisciplinarité

Modalité de dépôt des candidatures
Envoyer un CV détaillé aux adresses suivantes: vincent.couderc@xlim.fr et dominique.pagnoux@xlim.fr

Directeur de thèse
Vincent Couderc (DR CNRS)
Adresse mail du directeur de thèse : vincent.couderc@xlim.fr
Téléphone Directeur de thèse : +33 5 55 45 77 33

Co-directeur de thèse
Dominique Pagnoux (CR CNRS)
Adresse mail du co-directeur de thèse : dominique.pagnoux@xlim.fr
Téléphone co-Directeur de thèse : +33 5 55 45 72 47
Cofinancement LABEX SigmaLIM demandé : NON
Thèse pour Action transverse : OUI

Action transverse concernée et justification
bio-électro-photonique

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