L'accessibilité aux techniques d'analyse avancées est souvent un problème pour l'établissement des diagnostics, posés par le personnel médical. Les techniques classiques requièrent souvent des installations considérables (laboratoires d'analyses) ou utilisent des équipements volumineux et difficilement disponibles. Dans le but de résoudre ce problème, l'usage d'une plateforme technologique composée de l'intégration partielle d'un biodétecteur sur une structure auto-émettrice est un intéressant point de départ. Cette plateforme considère le problème d'accessibilité à la technologie directement en réduisant la taille et le coût relié à celle-ci. L'usage d'une structure compatible aux procédés de microfabrication couramment utilisés dans l'industrie de la microélectronique indique la possibilité d'augmenter l'échelle de production aisément et à faible coût. En contrepartie, les systèmes non intégrés sont généralement plus polyvalents sur les procédés de détection possibles mais aussi plus sensible, grâce à des systèmes optiques complexes. L'intégration d'un système interférométrique et son couplage à la plateforme technologique déjà existante permettraient l'implémentation d'une mesure basée sur la détection de phase additionnelle à la mesure classique de l'intensité, menant ainsi à l'augmentation de la sensibilité du biodétecteur. En se basant sur la théorie électromagnétique des modes couplés dans les structures laminaires pour créer le tissu théorique et sur des simulations FEM (modélisation par éléments finis) pour effectuer les démonstrations préliminaires, l'objectif de cette maîtrise consiste à étudier les caractéristiques d'un biodétecteur SPR (résonance de plasmons de surface) dont la mesure d'indice de réfraction de surface utilise une approche interférométrique. Pour ce faire, une microstructure est ajoutée à la surface du biodétecteur pour coupler une lumière incidente cohérente aux modes de surface. Ces modes de surface sont le produit de l'interaction et de l'interférence des plasmons diffractés par les différentes composantes de la microstructure. Dans un cas de microstructure simple, par exemple une paire de réseaux finis adjacents, l'analyse détaillée de l'interaction des plasmons diffractés est possible, comme il sera démontré dans ce document. Cette interaction sera ensuite liée à la forme de la résonance de la structure et comparée à d'autres cas simples, dont une structure classique de SPR. Cette transformation de la forme de la résonance augmente la précision globale de la mesure du biodétecteur sans en augmenter grandement la complexité. La méthode interférométrique promet des résultats très intéressants sous certain paramètres, aussi mis en évidence dans ce mémoire.

L'élaboration de nouveaux médicaments repose sur les études pharmacologiques, dont le rôle est d'identifier de nouveaux composés actifs ou de nouvelles cibles pharmacologiques agissant entre autres au niveau cellulaire. Récemment, la détection basée sur la résonance des plasmons de surface (SPR) a été appliquée à l'étude de réponses cellulaires. Cette méthode de détection, permettant d'observer des variations d'indice de réfraction associés à de faibles changements de masse à la surface d'un métal, a l'avantage de permettre l'étude d'une population de cellules vivantes en temps réel, sans nécessiter l'introduction d'agents de marquage. Pour effectuer la détection au niveau de cellules individuelles, on peut employer la microscopie SPR, qui consiste à localiser spatialement la détection par un système d'imagerie. Cependant, la détection basée sur la SPR est une mesure sans marquage et les signaux mesurés sont attribués à une réponse moyennée des différentes sources cellulaires. Afin de mieux comprendre et identifier les composantes cellulaires générant le signal mesuré en SPR, il est pertinent de combiner la microscopie SPR avec une modalité complémentaire, soit l'imagerie de fluorescence. C'est dans cette problématique que s'insère ce projet de thèse, consistant à concevoir deux plates-formes distinctes de microscopie SPR et de fluorescence optimisées pour l'étude cellulaire, de sorte à évaluer les possibilités d'intégration de ces deux modalités en un seul système. Des substrats adaptés pour chaque plate-forme ont été conçus et réalisés. Ces substrats employaient une couche d'argent passivée par l'ajout d'une mince couche d'or. La stabilité et la biocompatibilité des substrats ont été validées pour l'étude cellulaire. Deux configurations permettant d'améliorer la sensibilité en sondant les cellules plus profondément ont été évaluées, soit l'emploi de plasmons de surface à longue portée et de guides d'onde à gaine métallique. La sensibilité accrue de ces configurations a aussi été démontrée pour un usage en biodétection cellulaire. Une plate-forme permettant de mesurer la spectroscopie SPR simultanément avec l'acquisition d'images de fluorescence a été réalisée. Cette plate-forme a ensuite été validée par l'étude de réponses cellulaires suite à une stimulation pharmacologique. Puis, un système basé sur la microscopie SPR a été conçu et caractérisé. Son emploi pour l'étude de réponses au niveau de cellules individuelles a été démontré. Finalement, les forces et faiblesses des substrats et des plates-formes réalisées au cours de la thèse ont été évaluées. Des possibilités d'amélioration sont mises de l'avant et l'intégration des modalités de microscopie SPR et de fluorescence suite aux travaux de la thèse est discutée. Les réalisations au cours de cette étude ont donc permis d'identifier les composantes cellulaires impliquées dans la génération du signal mesuré en biodétection SPR.

Dans un avenir proche, les dispositifs de détection médicaux miniaturisés en temps réels (lab-on-chip) seront au centre de la révolution des méthodes de diagnostics médicaux et d’identification des processus biologiques et cela, autant au niveau clinique qu’au niveau de la recherche. Pour y arriver, il est important de développer des chimies de surface stables et spécifiques, ce qui demande une compréhension des interactions intermoléculaires à l’interface liquide/solide. Pour bien comprendre ces interactions, il est important de développer des instruments adaptés à la mesure près de l’interface liquide/solide des différentes caractéristiques à identifier. Ce projet de recherche présente la conception, la fabrication et les expériences tests d’un capteur multimodal pour l’identification de processus biologiques à l’interface basés sur des technologies de résonance des plasmons de surface (SPR) et de microcalorimétrie. Ces deux technologies mises ensemble vont permettre d’effectuer des mesures de la cinétique des interactions ainsi que des caractéristiques thermodynamiques. En premier lieu, les caractéristiques d’une interaction intermoléculaire à l’interface d’une réaction d’hybridation d’ADN furent définies afin d’en déduire un cahier des charges pour les transducteurs. Suite à cela, la conception des transducteurs microcalorimétriques et SPR furent réalisés en tenant compte des contraintes de chacun des transducteurs. Suite à la conception théorique des différentes parties du capteur, un procédé de fabrication compatible avec les méthodes de fabrication standard de la microélectronique fut défini et testé. Afin de s’assurer de la fonctionnalité des dispositifs ainsi fabriqués, des tests de fonctionnalisation de surface furent appliqués sur les échantillons afin de tester la compatibilité du procédé de fonctionnalisation avec les méthodes de fabrication et avec une chimie de surface type. Pour terminer, un système de mélange actif fut testé et caractérisé avec le dispositif de microcalorimétrie afin de s’assurer qu’il était possible de mélanger les fluides avec les produits biologiques pour s’assurer de la qualité de la réaction de surface. Le système développé pourra être utilisé pour effectuer la mesure d’hybridation d’ADN à l’interface. Le système intègre deux modalités permettant la caractérisation en temps réel des interactions intermoléculaires à l’interface liquide/solide. Ce type de système permet la mesure de la cinétique de différents modèles biologiques tels que les puces à sucre encore certains récepteurs cellulaires ou la mesure de conformation moléculaire à l’interface. Des mesures d’oxydation du glucose catalysée par la glucose oxydase sont montrées.

The optical properties of gold in the visible are dominated by the response of the free conduction electrons to light. In gold nanostructures, the surface charge density adopts a configuration that is constrained by the shape of the nanoparticles. As a result, the scattering of light by gold nanoparticles exhibits a resonant response characterised by a strong scattering and absorption in a narrow range of frequencies. The spectral range of this \emph{localised surface plasmon resonance} (LSPR) can be tuned by varying the size and shape of the gold nanoparticle --- the nanoparticles act as nanoscale antennas for the visible light. Confirmation of this scaling rule is obtained by conducting experiments with nanoparticles of varying size and aspect ratio. Such particles are fabricated by electron-beam lithography, and characterised by dark-field spectroscopy. Not only does the LSPR shift in frequency with a change of particle size, but its spectral lineshape is also modified. The intensity and width of the LSPR are dictated by a variety of factors that are related to the intrinsic material properties (the complex dielectric function of gold), and to the particle geometry and environment. The optical response of small gold nanorods is well described by a simple oscillating dipole model --- the incident electromagnetic field induces a current in the particle that re-radiates light (scattering). A series of refinements can be made to model more accurately the optical response of realistic particles. If the dipole moment characterising the particle is allowed to vary in phase across the particle, retardation effects provide a correction for the effective dipole moment of the particle. As the particle size approaches the wave length in the surrounding medium, the dipolar approximation breaks down and higher order multipoles need to be considered. The Mie theory provides a very accurate description of the response of spheres of arbitrary size. Further, the T-matrix and other numerical techniques can be employed to accurately reproduce the scattering properties of particles of arbitrary shapes. When the scattering sample consists of a collection of gold nanoparticles, the collective optical response is affected by two key factors. First, the measured LSPR is a convolution of the distribution of particle sizes with the individual response of a single particle. This leads to an inhomogeneous broadening of the LSPR lineshape. Second, the light that is scattered by one such particle near resonance can strongly affect its neighbours which scatter light in proportion to the net field they experience, that is the sum of the incident field plus the perturbation arising from the neighbouring particles. The onset of such multiple scattering events is observed even for particle separations that are several times larger than the particle size. Several regimes of interaction can be distinguished according to the ratio separation / wavelength. First, when the particles are in close proximity (separation $\ll$ wavelength), near-field interactions dominate and result in a spectral shift of the LSPR accompanied with a spectral broadening. Second, when the separation is commensurate with the wavelength, a coherent interaction can develop that couples a large number of particles. In ordered arrays, such coupling gives rise to a geometrical resonance that can strongly affect the LSPR of the particles. In particular a sharp spectral feature is observed that depends on both the single particle response and the geometrical arrangement of the particles in the array. The coherence of such multiple scattering in diffractive arrays of gold nanoparticles can be broken by introducing disorder in the distribution of particle sizes, or in the particle positions. The optical properties of an irregular array reflect the departure from a periodic system and the spectral lineshape evolves as the level of disorder is increased. In the limit of uncorrelated positions, the diffractive coupling is suppressed and the response of the collection of the particles rejoins the response of isolated particles.

Nous utilisons un microscope à effet tunnel (STM) associé à un microscope optique inversé pour l’excitation et la détection des plasmons de surface propagatifs et/ou localisés. L’excitation de ces plasmons est assurée par passage d’un courant tunnel inélastique entre la pointe du STM et la surface d’un film métallique mince (épaisseur de 50 nm) d’or ou d’argent déposé sur une lamelle de verre. Les fuites radiatives des plasmons de surface propagatifs et la lumière émise par les plasmons localisés dans le substrat de verre sont collectées par un microscope optique via un objectif à immersion. Il est alors possible de déterminer à la distribution spatiale et angulaire des émissions issues de ces plasmons de surface excités par STM, ainsi qu’à leur distribution en longueurs d’onde. Dans cette thèse, nous nous sommes intéressés au fonctionnement et à l’émission de lumière sous la pointe d’un microscope à effet tunnel fonctionnant à l’air. Nous montrons que la présence d’eau adsorbée au sein de la jonction tunnel, associée à la boucle d’asservissement du STM induit un mode de fonctionnement oscillant et périodique du STM sans lequel il serait difficile d’exciter les plasmons de surface. Ensuite, nous avons montré qu’il est possible de contrôler la directivité des plasmons de surface propagatifs excités par STM en excitant localement un nanofil d’or déposé sur le film d’or. L’étude détaillée de cette directivité nous a permis de démontrer que, contrairement au cas du nanofil d’or déposé sur verre, un nanofil d’or déposé sur film d’or ne se comporte pas comme un résonateur Fabry Pérot. Nous avons proposé un modèle simple dans lequel le nanofil est assimilé à un réseau linéaire d’antennes. Ce modèle permet de rendre compte des structurations spectrales et spatiales des plasmons de surface sur le film d’or résultant de l’ajout du nanofil d’or. Puis, nous avons étudié le couplage entre des nanofibres organiques fluorescentes (structures excitoniques) et les plasmons de surface propagatifs d’un film métallique d’or ou d’argent sur lequel ces nanofibres sont déposées. Nous avons ainsi montré que (i) la fluorescence de la nanofibre peut exciter des plasmons de surface à la surface du film d’or, (ii) la nanofibre organique agit comme un guide d’onde plasmonique et (iii) qu’il est possible d’injecter des plasmons de surface propagatifs du film excités par STM dans ces modes guidés par la nanofibre. D’autre part, en étudiant la figure d’interférences dans le plan de Fourier, nous avons pu confirmer que l’émission du dipôle sous la pointe STM et les plasmons de surface propagatifs excités par STM sont cohérents, donc issus du même événement tunnel. Enfin, nous discutons les effets du couplage entre des nanocristaux semiconducteurs (quantum dots) individuels et un monofeuillet de graphène. Nous montrons que la présence du graphène réduit d’un facteur ~10 la durée de vie de l’état excité des quantum dots déposés sur graphène par rapport aux quantum dots déposés sur verre. Pour les quantum dots déposés sur graphène, il résulte de cette réduction de la durée de vie de l’état excité, une baisse de l’intensité de fluorescence et une réduction du phénomène de scintillement avec un temps de résidence dans un état brillant globalement plus long que pour les quantum dots déposés sur verre. Les différents résultats obtenus au cours de cette thèse permettent de mieux comprendre l’excitation de plasmons de surface avec un microscope à effet tunnel, le couplage entre nanostructures plasmoniques et le couplage entre une structure plasmonique et une nanostructure excitonique. Ils ouvrent des perspectives intéressantes pour le développement de nanodispositifs hybrides plus complexes liants plasmons et excitons et contrôlés électriquement / We use a scanning tunnelling microscope (STM) to excite propagating and/or localised surface plasmons on a thin metallic film (50 nm thick) made of gold or silver deposited on a glass substrate. The leakage radiation of these STM-excited propagating surface plasmons, and the light emitted by localized plasmons into the glass substrate are collected by an inverted optical microscope equipped with an oil immersion objective. Using this setup, it is possible to image both the spatial and angular distribution of the light emitted into the glass substrate on a cooled-CCD. Sending this light to a spectrometer, it is also possible to obtain the wavelength distribution of these STM-excited plasmons. In this manuscript, we discuss the different operation modes of an STM in air. We show that the thin water layers adsorbed on both the STM tip and sample, along with the STM feedback loop, may give rise to an oscillatory mode of operation. Moreover, this mode turns out to be the most efficient one for plasmon excitation with a STM in air. We then show that, when the STM tip is used to locally excite plasmons on a gold nanowire deposited on a gold film, propagating surface plasmons may be preferentially launched along the nanowire axis. Precise understanding of this directivity allows us to demonstrate that, when deposited on a gold film, gold nanowires do not behave as Fabry-Perot resonators, but may be described quite accurately with a one dimensional antenna array model. With this model, it is thereby possible to explain the complex spatial and spectral characteristics of the STM-excited plasmons on the gold film after the addition of the nanowire. Next, we focus on the coupling between fluorescent organic nanofibres (excitonic nanostructures) and propagating surface plasmons on a metallic film (either gold or silver). We show that when the nanofibres are deposited on the metallic film, (i) their fluorescence can excite propagating surface plasmon, (ii) the nanofibre can act as a plasmonic waveguide, and (iii) it is possible to inject surface plasmons propagating onto the metallic film into the guided plasmonic modes of the nanofibre. Moreover, by studying Fourier space images, we confirmed that the vertical dipole localised under the STM tip and the STM-excited propagating surface plasmons are coherent. We finally study the coupling between individual semiconducting nanocrystals (quantum dots) and a graphene monolayer deposited on a glass substrate. We show that, when deposited on graphene, the fluorescence lifetime of the quantum dots is about 10 times shorter than for the quantum dots deposited on bare glass. This leads to a weaker fluorescence signal and reduced blinking behaviour with longer time spent into a bright state. These results improve our understanding of the STM excitation of surface plasmons. They also provide information on the coupling between plasmonic nanostructures and between plasmonic and excitonic entities. in particular, these results are a promising step toward the conception and the realisation of complex electrically driven hybrid plasmonic/excitonic nanodevices

Le but de cette thèse et de la recherche associée est une démonstration des avantages d’une combinaison de propriétés inhabituelles de nanostructures plasmoniques avec des aspects parmi les plus intéressants de l’optique non-linéaire. Pour cet effet, la modélisation analytique et numérique a été combiné avec le travail expérimental, qui comprenait la production de nanostructures et les mesures effectuées au moyen de la microscopie confocale non-linéaire résolue en polarisations et de la technique Z-scan modifiée (nommée “f-scan”).Il a été montré que l’anisotropie efficace de génération de seconde-harmonique dans les cristaux plasmoniques (formés par des réseaux rectangulaires de cavités tétraédriques sur une surface d’argent) peut être contrôlée par un choix approprié des paramètres de maille. Il a aussi été montré que cette anisotropie provient principalement d’une structure de bande photonique elle-même anisotrope, présentant une bande interdite plasmonique avec des états plasmoniques en bord de bande, permettant de renforcer le champ électrique local. Les arrangements chiraux bidimensionnels de nanoparticules triangulaires d’or, forment des “meta-molécules” plasmoniques énantiomériques, ont été analysés par microscopie non-linéaire à la lumière polarisée circulairement et par modélisation numérique, révélant un fort effet chiroptique par génération de seconde harmonique en rétro-réflexion. La petite taille des énantiomères uniques permet de créer “des filigranes” (“watermarks”) codés par la chiralité des meta-molécules, qui peuvent être lu par imagerie de la génération de seconde harmonique excitée par un rayon polarisé circulairement. Les caractéristiques quantitatives de la non-linéarité optique du troisième ordre et de l’efficacité d’absorption saturable des solutions aqueuses de fragments de graphène et de graphène dopé par des nanoparticules d’or a été effectuée par une nouvelle technique “f-scan”, qui a été créée et développée par incorporation d’une lentille à distance focale accordable dans une technique de Z-scan traditionnelle. Ces études ont montrées que le graphène présente une absorption saturable ultra-rapide très efficace, qui est parfois convertie en absorption saturable inverse. Il apparaît alors qu’une décoration du graphène par des nanoparticules d’or peut causer une légère amélioration du paramètre d’efficacité d’absorption saturable dans la plage spectrale de leurs résonances plasmoniques. En résumé, cette thèse présente une variété de propriétés optiques non-linéaires apparaissant dans les nanostructures plasmoniques. Différentes possibilités de contrôle de ces propriétés au moyen d’une démarche de nano-ingénierie, soutenue par des modélisations à la fois analytique et numérique ont été démontrées et analysées. Ces travaux ouvrent la voie à la fabrication et à l‘optimisation sur mesure de nouveaux nano-matériaux et nano-dispositifs photoniques reposant sur des effets de nano-plasmonique non-linéaire. / The aim of this thesis and the underlying research work is to demonstrate the benefits emerging from combination of the peculiar properties of plasmonic nanostructures with the most interesting aspects of nonlinear optics. For this purpose, analytical and numerical modeling was combined with experimental work, which included nanofabrication and measurements performed by means of polarization-resolved nonlinear confocal microscopy and by modified Z-scan technique (called "f-scan").It has been shown that the effective anisotropy of the second-harmonic generation in plasmonic crystals (formed by rectangular arrays of tetrahedral recesses in silver surface) can be controlled by proper choice of lattice constants. It also has been shown that this anisotropy arises mainly from the anisotropic photonic band structure, exhibiting plasmonic band gap with plasmonic band edge states, enabling enhancement of the local electric field.Two-dimensional chiral arrangements of triangular gold nanoparticles, forming plasmonic enantiomeric "meta-molecules", have been studied by nonlinear microscopy operating with circularly polarized light and by numerical modeling, revealing strong chiroptical effect in backscattered second-harmonic radiation. Small size of individual enantiomers allows to create "watermarks", encoded by the chirality of meta-molecules, which can be readout by imaging of second-harmonic generation excited by circularly polarized laser beam.Quantitative characterization of the third-order optical nonlinearity and saturable absorption efficiency of aqueous solutions of graphene and gold-nanoparticle decorated graphene has been performed by novel "f-scan" technique, which has been created and developed by incorporation of a focus-tunable lens into traditional Z-scan. These studies have shown that the graphene exhibits very efficient ultrafast saturable absorption, which is occasionally suppressed by reverse saturable absorption. Moreover, it turns out that decoration of graphene by gold nanoparticles may cause a slight improvement of the saturable absorption efficiency parameter within spectral range of their plasmon resonances.In summary, the following thesis presents various nonlinear optical properties of plasmonic nanostructures. Different possibilities of controlling these properties by means of nano-engineering, supported by analytical and numerical modeling, is also analyzed and demonstrated. This work opens up new perspectives for fabrication and rational design of novel photonic nano-materials and nano-devices based on nonlinear nanoplasmonic phenomena.

Les biopuces sont des outils d'analyse et de diagnostic de plus en plus utilisés dans le domaine de la génétique et de la pharmacie. Cette thèse s'est plus particulièrement intéressée aux puces à ADN qui sont constituées d'un support sur lequel sont fixés des brins d'ADN. On détecte l'hybridation de ces brins avec des cibles de séquence complémentaire présentes au sein d'un échantillon. Cette détection se fait généralement par des mesures de fluorescence. En l'absence de marqueurs fluorescents on utilise souvent une détection par résonance plasmon. Cette thèse a permis de développer de nouvelles architectures visant à améliorer les performances finales de ces dispositifs. La sensibilité (optimisation de la densité de sondes), la sélectivité (minimisation des adsorptions non spécifiques) et la reproductibilité sont très fortement dépendantes de la structure et des propriétés physico-chimiques de la première couche moléculaire utilisée pour l'immobilisation des sondes. L'incorporation d'une couche de silicium amorphe carboné au sein de l'architecture a permis de tirer profit des avancées réalisées ces dernières années dans la chimie de greffage du silicium. En optimisant les caractéristiques de cette couche, on réalise des biopuces présentant une grande stabilité et une sensibilité augmentée tant pour la fluorescence que pour la résonance plasmon. En combinant les deux techniques au sein d'un même capteur réutilisable, on peut détecter in situ et en temps réel l'hybridation de brins d'ADN présents dans une solution très diluée (5 10-15 mol/L) et discriminer efficacement des cibles présentant seulement un mésappariement dans leur séquence.

Les recherches pharmacologiques nécessitent des outils d'analyse capables de caractériser et d'étudier des structures ou phénomènes biologiques. Une plate-forme de microscopie exploitant la résonance de plasmons de surface permet de faire l'acquisition d'images étudiant des phénomènes au niveau de cellules individuelles. Les images acquises par ce type de plate-forme présentent la variation d'indice de réfraction du milieu observé en couplant une lumière incidente aux plasmons de surface à l'interface d'un métal et d'un diélectrique. La faible résolution latérale de ces images ne permet cependant pas d'en distinguer tous les détails. Cette limite de résolution est associée aux propriétés de l'onde de surface qui entraînent une dégradation de l'image par l'étalement directionnel de l'information sur plusieurs pixels. De nombreux groupes de recherche ont travaillé sur ce problème de résolution en explorant des alternatives matérielles, que ce soit au niveau du montage d'acquisition ou des échantillons. Cependant, ceux-ci ont dû faire certains compromis afin d'améliorer la résolution latérale occasionnant une limitation en résolution temporelle ou en indice de réfraction. L'approche préférée dans ce projet de maîtrise est l'utilisation de techniques de post-traitement des images (déconvolution, algorithme de reconstruction d'images) acquises par le système de microscopie. Cette approche permet de conserver un bon contraste dans les images acquises et une bonne résolution temporelle. Ce projet vise à améliorer la résolution latérale en microscopie de résonance de plasmons de surface (SPR) en utilisant un algorithme de reconstruction d'images. Une méthode comme celle-ci n'a jamais été exploitée pour résoudre ce problème de limitation en résolution. Dans ce projet, une image de meilleure résolution est obtenue en combinant l'information pertinente de plusieurs images où la direction d'excitation des plasmons de surface diffère. Ces images sont acquises à partir d'échantillons de guides d'ondes à gaine métallique (MCWG) dont les matériaux et structures sont connus. Ceux-ci sont composés de quatre couches et ont tout d'abord été fabriqués. Ces échantillons ont permis l'acquisition d'images de structures dont les dimensions et les paramètres sont connus. Un algorithme de restauration d'images a été développé et implémenté pour retirer la dégradation linéaire observée dans les images de microscopie SPR acquises. Celui-ci détermine l'information nécessaire à l'exécution de l'algorithme à partir des images acquises, et améliore la résolution en microscopie SPR par une opération logicielle ne faisant pas de compromis au niveau matériel. L'algorithme a été validé auprès des échantillons MCWG dont la couche diélectrique est composée de structures synthétiques ou de cellules biologiques. Une amélioration de 6 à 1 micromètres sur structures synthétiques a été démontrée, tandis que le traitement permet de distinguer des détails des images cellulaires qui n'étaient pas identifiables avant. Ainsi, grâce à cette amélioration de la résolution, l'application de cet algorithme facilitera l'étude et le développement de nouveaux médicaments pharmacologiques.

Encore aujourd'hui, la majorité des analgésiques utilisés en clinique pour le traitement des douleurs modérées à sévères ciblent le récepteur opioïdergique mu (MOP). Toutefois, l'usage répété d'opiacés s'accompagne de plusieurs effets secondaires, comme la constipation, la nausée et la sédation. De plus, il est maintenant bien établi que les différents agonistes de MOP n'ont pas tous le même potentiel analgésique autant qu'ils n'activent pas tous les mêmes cascades de signalisation à un niveau similaire. Ce dernier concept est connu sous l'appellation de sélectivité fonctionnelle. Une meilleure compréhension des mécanismes moléculaires menant respectivement à l'effet analgésique et aux effets secondaires devrait ainsi permettre de développer de nouveaux candidats présentant un effet thérapeutique tout en s'accompagnant de peu d'effets secondaires. La signalisation intracellulaire est habituellement caractérisée via l'utilisation de méthodes ne permettant l'analyse que d'un seul paramètre, tels que la mesure de la mobilisation du calcium intracellulaire ou encore la production d'AMPc. Or, l'étude de la sélectivité fonctionnelle requiert plutôt une approche permettant d'évaluer les réponses cellulaires globales suivant l'activation d'un récepteur. Dans cette optique, plusieurs biosenseurs sans marqueurs ont récemment été développés afin de répondre à ce besoin. Dans cette étude, nous avons donc utilisé la spectroscopie par résonance des plasmons de surface comme approche sans marquage pour étudier la signalisation de MOP suivant son activation par la morphine et le DAMGO, deux agonistes présentant des propriétés de signalisation nettement distinctes. Plus précisément, trois voies de signalisation de MOP ont été ciblées, soit le couplage aux protéines G, l'activation de ERK1/2 et l'internalisation du récepteur. Malgré le fait que les signaux SPR de la morphine et du DAMGO ne montrent aucune différence notable, les résultats obtenus démontrent que la SPR est une technique très sensible pour étudier la signalisation suivant l'activation de MOP. À cet effet, nos résultats montrent que les signaux SPR sont initiés par l'activation de la protéine Gαi et que les niveaux d'AMPc ainsi que les kinases ERK1/2 contribuent grandement au signal SPR. Finalement, nos résultats démontrent que certains antagonistes de MOP se comportent plutôt comme des agonistes partiels ou inverses.

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.