Elaboration et caractérisation de membranes biomimétiques sur puce: Application à l’imagerie électro-optique (PLEOM).
Sujet de thèse de M. Zain Hayat (sous la direction d'Abdel El Abed et de Joseph Zyss).
La propagation des signaux électriques dans les organismes vivants est un grand sujet des sciences de la vie et de la neurophysiologie en particulier. Des techniques de mesures extra-cellulaires et intracellulaires de ces signaux ont ainsi été développées. Les premières techniques utilisées consistaient à introduire des micropipettes en verre à l'intérieur de la cellule et à mesurer une différence de potentiel entre l'intérieur et l'extérieur de la cellule. Cette méthode directe a ouvert la voie au développement d'une technique très puissante et très courante en électrophysiologie: la technique dite de "patch-clamp". Cependant, il s'agit d'une méthode invasive et létale à terme pour les cellules sondées. Des méthodes optiques non-invasives ont été récemment développées pour pallier à ce problème, parmi lesquelles figurent la microscopie électro-optique basée sur l'effet Pockels (PLEOM, Pockels Linear Electro-Optic Microscopy). L'effet Pockels est décrit par une variation linéaire de l'indice de réfraction de certains milieux sous l'effet d'un champ électrique externe. Cette technique utilise dans son principe un cristal électro-optique non-centro symétrique mis en contact avec des électrodes dont on veut mesurer le champ électrique rayonné. Il se traduit par une variation de la polarisation d'un faisceau laser sonde réfléchi sur le dispositif. Après un analyseur, cette variation de polarisation est convertie en une variation d'intensité lumineuse détectable sur une photodiode. Le champ électrique étant modulé, une variation d'intensité à la même fréquence permet d'accéder à la partie électro-optique du signal et d'accéder ainsi à la mesurer la distribution du champ électrique.
Nous explorons dans le cadre du travail de thèse de M. Zain Hayat, en partenariat avec Clément Lafargue et Bruno Le Pioufle (équipe BIOMIS, SATIE, ENS Cachan), une nouvelle approche microfluidique (couplée à une technique de gravure par laser de micropores) pour élaborer et étudier des membranes biomimétiques stables et flexibles qui nous permettront de mieux comprendre les données de la microscopie PLEOM issus des membranes biologiques. Notre nouvelle approche permettra donc de construire et d'étudier des membranes modèles pour mieux comprendre l'effet flexo-électrique observé par Bassam Hajj dans les membranes cellulaires des cellules PC12.
Fig. 1 : Principe de production de bicouches à l'interface de deux microgouttes (DIB: Droplets Interface Bilayer) dans des canaux (ou des chambre) microfluidiques superposés (fig. gauche et milieu) ou des canaux juxtaposés (fig. droite), la tâche claire au centre de la figure du milieu est celle d'un laser permettant d'étudier les propriétés optiques (spectrales) des bicouches.
La propagation des signaux électriques dans les organismes vivants est un grand sujet des sciences de la vie et de la neurophysiologie en particulier. Des techniques de mesures extra-cellulaires et intracellulaires de ces signaux ont ainsi été développées. Les premières techniques utilisées consistaient à introduire des micropipettes en verre à l'intérieur de la cellule et à mesurer une différence de potentiel entre l'intérieur et l'extérieur de la cellule. Cette méthode directe a ouvert la voie au développement d'une technique très puissante et très courante en électrophysiologie: la technique dite de "patch-clamp". Cependant, il s'agit d'une méthode invasive et létale à terme pour les cellules sondées. Des méthodes optiques non-invasives ont été récemment développées pour pallier à ce problème, parmi lesquelles figurent la microscopie électro-optique basée sur l'effet Pockels (PLEOM, Pockels Linear Electro-Optic Microscopy). L'effet Pockels est décrit par une variation linéaire de l'indice de réfraction de certains milieux sous l'effet d'un champ électrique externe. Cette technique utilise dans son principe un cristal électro-optique non-centro symétrique mis en contact avec des électrodes dont on veut mesurer le champ électrique rayonné. Il se traduit par une variation de la polarisation d'un faisceau laser sonde réfléchi sur le dispositif. Après un analyseur, cette variation de polarisation est convertie en une variation d'intensité lumineuse détectable sur une photodiode. Le champ électrique étant modulé, une variation d'intensité à la même fréquence permet d'accéder à la partie électro-optique du signal et d'accéder ainsi à la mesurer la distribution du champ électrique.
Nous explorons dans le cadre du travail de thèse de M. Zain Hayat, en partenariat avec Clément Lafargue et Bruno Le Pioufle (équipe BIOMIS, SATIE, ENS Cachan), une nouvelle approche microfluidique (couplée à une technique de gravure par laser de micropores) pour élaborer et étudier des membranes biomimétiques stables et flexibles qui nous permettront de mieux comprendre les données de la microscopie PLEOM issus des membranes biologiques. Notre nouvelle approche permettra donc de construire et d'étudier des membranes modèles pour mieux comprendre l'effet flexo-électrique observé par Bassam Hajj dans les membranes cellulaires des cellules PC12.
Fig. 1 : Principe de production de bicouches à l'interface de deux microgouttes (DIB: Droplets Interface Bilayer) dans des canaux (ou des chambre) microfluidiques superposés (fig. gauche et milieu) ou des canaux juxtaposés (fig. droite), la tâche claire au centre de la figure du milieu est celle d'un laser permettant d'étudier les propriétés optiques (spectrales) des bicouches.