L’étude de la neurotransmission et de la plasticité synaptique à l’échelle biomoléculaire dans des cellules vivantes nécessite des outils qui permettent la visualisation et la localisation d’une grande variété de protéines synaptiques ainsi que d’autres composantes. La transparence des neurones, la taille nanométrique des structures d’intérêt et leur compacité motivent le choix des modalités d’imagerie pouvant servir à étudier ces phénomènes. La microscopie à super-résolution en fluorescence produit des images ayant une résolution de localisation de l’ordre du nanomètre d’échantillons marqués. Toutefois, cette technique ne permet d’observer que les structures ayant été marquées. C’est pourquoi nous voulons la combiner à une technique ne nécessitant aucun marquage afin d’obtenir le plus d’information possible au sujet de la structure des échantillons. L’imagerie de phase quantitative est une technique sans-marquage qui utilise l’indice de réfraction comme agent de contraste intrinsèque pour cartographier en 3D le contenu cellulaire. Le but principal de ce projet est de concevoir et construire un montage de microscopie de phase quantitative et de l’intégrer à un microscope STED existant de façon à créer un nouveau système d’imagerie multimodale. La performance de ce système sera ensuite caractérisée et sa capacité à produire des images multimodales de synapses de cellules vivantes sera évaluée. Ce projet est un premier pas vers la création d’un outil qui pourrait permettre de simultanément mesurer de façon très précise la position de structures marquées en 2D et 3D et cartographier l’indice de réfraction des cellules en 3D afin de situer les structures marquées dans leur environnement. / The study of neurotransmission at the biomolecular level in live cells requires tools that allow the simultaneous visualisation and localization of a variety of neuronal proteins at their scale: the nanometric scale. In order to do so, an imaging approach offering high spatial and temporal resolution combined to low invasiveness is required. STED microscopy is an optical super-resolution fluorescence microscopy technique that produces images of labelled samples with a spatial resolution below 50 nm in living cells. However, since it is based on the detection of fluorescent molecules, labeling of the structures of interestis necessary and non-labeled structures are invisible for this type of microscope. Therefore, we want to combine it to a label-free optical microscopy technique to maximize the information that can be obtained about the global structure of the samples of interest: optical diffraction tomography (ODT). This approach uses refractive index as an intrinsic contrast agent to produce 3D maps of the cell’s internal contents.The main goal of this project is to design and build a quantitative phase imaging system and to integrate it onto an existing STED microscope to create a novel multimodal super-resolution imaging system. The performance of the microscope will then be characterized. This project is a first step towards the creation of a tool that could eventually allow simultaneous precise2D and 3D mapping of labelled structures and label-free 3D mapping of the sample’s refractive index to situate marked structures in their surroundings.