Candida albicans, endo-saprophyte du tube digestif, est responsable d’infections superficielles ou invasives. Les candidoses invasives (CI) constituent un problème persistant de santé publique avec une mortalité attribuable de 40% en réanimation et une morbidité exponentielle liée à la consommation d’antifongiques ou aux séjours prolongés des patients. Cet impact médico-économique est principalement lié aux difficultés diagnostiques. En effet, ni la symptomatologie, ni l’imagerie ne sont spécifiques des CI. Le diagnostic biologique demeure complexe et souvent tardif. Les tests conventionnels (hémoculture) sont peu sensibles, et les tests alternatifs à la culture manquent souvent de sensibilité ou de spécificité. Dans ce contexte, il est nécessaire de développer de nouvelles stratégies diagnostiques en mesure d’améliorer la précocité du diagnostic, d’identifier les sujets à haut risque d’infection et de permettre la mise en place d’un traitement antifongique approprié. Notre travail a porté sur deux médiateurs circulants de l’immunité anti-Candida, la mannose-binding lectin (MBL) et les anticorps anti- proteines (Ab) en relation le diagnostic des CI.En ce qui concerne la détection d’anticorps, nous avons produit 6 protéines recombinantes (Hwp1, Eno1, Hsp90, Fba1, Mp65 et Sod5), surexprimées pendant la phase pathogène de C. albicans et développés 5 prototypes de tests EIA. L’association de ces biomarqueurs avec la détection du mannane circulant (Mn) par EIA a permis d’identifier 3 protéines à fort potentiel diagnostique. Pour une spécificité fixée arbitrairement à 80%, la sensibilité des associations Fba1-Ab/Mn, Hwp1-Ab/Mn et Hsp90-Ab/Mn étaient de 84%, 84% et 81% respectivement. Le délai moyen de positivité était de 5 jours avant l’isolement de Candida d’hémoculture. Les Odds ratios associés aux trois combinaisons de marqueurs étaient de 108, 65 et 77 pour Fba1-Ab/Mn, Hwp1-Ab/Mn et Hsp90-Ab/Mn.En ce qui concerne la MBL, nous avons montré i) une évolution dynamique de la MBL au cours des CI, ii) une interaction directe avec le mannane pariétal de levure ainsi qu’une iii) prédisposition à la colonisation chez les patients déficients en MBL. Outre les aspects quantitatifs, nous avons mis en place un modèle d’évaluation fonctionnels de la MBL par resonance plasmonique de surface (SPR) en impliquant des cellules entières ou des glycannes fongiques issus de la paroi de C. albicans ou des oligommanosides de synthèse. Ce modèle nous a permis de mieux caractériser les épitopes reconnus par la MBL et de montrer l’interaction de cette lectine avec un panel d’espèces Candida communément isolées en pathologie humaine.Ces médiateurs de l’immunité humorale ou innée permettent d’envisager des perspectives cliniques en termes diagnostique ou pronostique. Ils permettent également d’améliorer notre compréhension de la physiopathologie des CI et d’optimiser la prise en charge des patients. / Candida albicans, digestive tract endo-saprophyte, is responsible of superficial and invasive infections. Invasive candidiasis (IC) is a persistent public health with an attributable mortality of 40% in intensive care unit and an exponential morbidity related to the antifungals consumption and extended hospital stays of patients. This medico-economic impact is mainly related to diagnostic difficulties. Indeed, neither clinical symptoms nor the imaging are specific of IC. Biological diagnosis remains complex and often late. Conventional tests (blood culture) have a low sensitivity, and non-culture based methods often lack sensitivity or specificity. In this context, it’s necessary to develop new diagnostic strategies to improve the early diagnosis, to identify patients with high risk of infection and to lead the prescription of an appropriate antifungal therapy. Our work has focused on two circulating anti-Candida immunity mediators, mannose-binding lectin (MBL) and anti-protein antibodies (Ab) in relation to IC diagnosis. Regarding the detection of antibodies, we produced six recombinant proteins (Hwp1, Eno1, Hsp90, FBA1, Mp65 and Sod5) overexpressed during the C. albicans pathogen phase and developed five prototypes of EIA. The association of these biomarkers with the detection of circulating mannan (Mn) revealed three proteins with high diagnostic performances. For a specificity fixed arbitrarily at 80%, the sensitivity of combinations of Fba1-Ab/Mn, Hwp1-Ab/Mn and Hsp90-Ab/Mn were 84%, 84% and 81%, respectively. The average delay of positivity was 5 days before isolation of Candida from blood culture. Odds ratios associated with these three combinations of markers were 108, 65 and 77 for Fba1-Ab/Mn, Hwp1-Ab/Mn and Hsp90-Ab/Mn, respectively. Our findings on serum MBL have shown i) dynamic evolution of MBL levels during IC, ii) direct interaction with circulating cell wall mannan and iii) susceptibility to colonization in MBL deficient patients. Besides quantitative aspects, we have developed a model for assessing the MBL functionality by surface plasmon resonance (SPR) involving whole cells, fungal cell wall glycans from C. albicans cell wall or synthetic oligommanosides. This model was used to better characterize the epitopes recognized by MBL and showed the interaction of this lectin with a panel of Candida species commonly isolated in human pathology.These mediators of innate or humoral immunity open new clinical perspectives in terms of diagnostic or prognosis of IC. These findings may participate to improve our understanding of IC pathophysiology and to optimize management of patients.

The bacterial meningitis caused by Neisseria meningitidis is responsible for considerable morbidity and mortality throughout the world. Given the limitations of existing diagnostic tests and the severity of the illness associated with the disease, there is a clear requirement for a rapid and specific diagnostic assay. This thesis describes the development of nanoparticle based tests for the detection of Neisseria meningitidis specific cell surface markers. As an initial target antigen, a recombinant form of highly conserved outer membrane protein, OMP85 was used. Within the OMP85 protein sequence, a predicted antigenic sequence between residues 720 and 745 was identified and found to be unique to this organism. This amino acid sequence was synthesised as peptide (SR1) with a gly-gly-cysteine spacer sequence at the N-terminus using t-boc chemistry. Also, the major virulence factor, capsular polysaccharide of N. meningitidis serogroup B bacteria was purified. Polyclonal antibodies were raised against purified OMP85 antigen in rabbits and against SR1 peptide and also against formalin inactivated N. meningitidis serogroup B whole cell bacteria in sheep. This panel of different antibodies including the commercial anti-capsular monoclonal antibodies were examined for cross reactivity against a range of closely related Gram negative bacteria. Based on these cross-reactivity studies, a highly specific anti-NM antibody was developed following purification of the anti-SR1 antiserum by immuno-affinity chromatography. Purified OMP85 antigen and anti-OMP85 antibody were successfully conjugated on 13, 30, 40, 50 and 60 nm gold nanoparticles by an electrostatic adsorption method. Coupling of the gold nanoparticles results in a shift of the respective surface plasmon peak toward longer wavelengths (in the range of 600-800 nm) resulting in a change of the colour of the colloidal suspension from red to purple to blue. An attempt was made to develop a rapid diagnostic assay based on gold nanoparticle induced colour shift assay for N. meningitidis by utilising the specific interaction of OMP85 and anti-OMP85 antibody conjugated to gold nanoparticles as a model system. However, this system was not reproducible and is likely to be due to problems with stability of gold nanoparticles during the conjugation process. As an alternative approach, a highly selective quartz crystal microbalance (QCM)-based immunosensor was designed using the same OMP85/anti-OMP85 antibody system. A method was developed using polyvinylidene fluoride (PVDF) coated QCM crystals with protein A for the directional orientation of the antibodies. To further enhance the sensitivity of the test, OMP85-conjugated gold nanoparticles were used as signal amplification probes for the reproducible detection of the target down to 300 ng/mL, corresponding to a five fold increase in sensitivity compared to detection of OMP85 antigen alone. Also, this sensor has successfully been employed to detect whole cell bacteria at a concentration as low as 100 cfu/mL. Thus, in this study using the real-time QCM measurements, a novel strategy has been developed for the sensitive detection of both N. meningitidis bacteria and the protein antigen at very low concentrations, using gold nanoparticles as signal amplification probes.

This investigation is primarily concerned with the low loss, or plasmon region of an electron energy loss spectrum. Specifically, why these spectra have the shape and form that they do; what the significance of the material is in determining the shape and form of these spectra; what can be done with plasmon excited electrons; and how all of this fits in with the current theory of plasmon excitation. In particular, the concept of plasmon scattering being an energy transfer process of a coupled wave in the material is explored. This gives rise to slightly different explanations of the plasmon scattering process to the status quo. Multiple scattering is typically pictured as a combination of separate and independent, elastic and inelastic scattering events interactively contributing to a final exit wave function. However, this investigation explores the idea of the elastic and inelastic components being a coupled event, and what the consequences of this idea are from a conceptual point of view. The energy transfer process itself, does not deviate from a virtual particle exchange description that is consistent with the standard model. However, the two significant points made throughout the chapters are one: that the elastic and inelastic scattering events are coupled rather than separate, and two: that each succussive higher order scattering event in multiple scattering scenarios, are dependant and connecte d rather than independent.

Thesis (Ph. D.)--Ohio State University, 2007. / Title from first page of PDF file. Includes bibliographical references (p. 361-380).

Comparée à leur structure généralement très bien caractérisée, la dynamique collective des nano-objets est assez mal connue. En une vingtaine d'années, la diffusion inélastique de lumière est devenue un outil puissant dans l'étude de la dynamique des nano-objets.<br><br>Ce travail traite de la transposition de cette technique habituellement appliquée à l'étude des modes propres de vibration de nanoparticules solides à la recherche de modes similaires chez leur équivalent biologique, les virus.<br><br>Nous revenons dans un premier temps sur les expériences Brillouin (ou Raman basse fréquence) sur des verres dopés à l'or et discutons de l'utilité du tandem Fabry-Pérot en particulier par l'apport de la haute résolution dans la détection des levées de dégénérescence associées à l'anisotropie des paramètres élastiques des nanoparticules d'or facettées. <br><br>La deuxième partie de ce travail est consacrée à la recherche de modes de vibration d'ensemble sur des virus à morphologie sphérique à travers l'étude de différents types d'échantillons : solutions, couches bidimensionnelles et cristaux tridimensionnels de virus. Cette partie rend compte d'une première détermination des constantes élastiques globales d'un cristal de phytovirus. Alors que pour les virus de petite taille (15-30nm) aucune preuve indiscutable de l'existence d'un mode de vibration de virus n'a pu être trouvée, pour un virus de plus grande taille (environ 200nm), un signal s'apparentant à un mode de vibration de virus a été observé.

Nous avons développé de nouveaux concepts de fabrication de matériaux nanostructurés en couche mince basés sur le dépôt par ablation laser alterné d'un métal (Ag) et d'un diélectrique (Al2O3). Cette technique permet d'atteindre un contrôle optimal sur les paramètres morphologiques des nanostructures qui déterminent la réponse optique des couches minces. Nous avons produit des nanosphères, des nanolentilles et des nanocolonnes, auto-organisées et orientées, encapsulées dans une matrice d'alumine amorphe. Leur réponse optique a été étudiée en fonction de leur morphologie et comparée à des simulations théoriques. En parallèle à cette étude, la réponse vibrationnelle des nanostructures a été analysée par spectrométrie Raman basse fréquence. Finalement, des nanostructures contenant des couches alternées de nanoparticules de Co et d'Ag séparées par une distance de quelques nanomètres ont aussi été fabriquées. Il a été montré que l'interaction entre le plasmon de surface et les modes sphéroïdaux de vibration des nanoparticules active le signal Raman.

L'excitation d'une nanoparticule par une impulsion laser résulte en un mode collectif des électrons, le plasmon de surface. Celui-ci décroît à cause des effets de surface et des interactions électron-électron, donnant lieu à des excitations du type particule-trou (amortissement de Landau). L'équilibre thermique du système électronique est atteint après environ une centaine de femtosecondes, et seulement sur des échelles de temps beaucoup plus longues, les interactions électron-phonon permettent la relaxation de l'énergie électronique vers le réseau ionique.<br /><br />Tout au long de ce travail, nous traitons la nanoparticule métallique dans l'approximation du jellium où la structure ionique est remplacée par une charge positive continue et homogène. Une telle approximation permet de décomposer le hamiltonien électronique en une partie associée au centre de masse électronique, une partie décrivant les coordonnées relatives (traitées ici dans l'approximation du champ moyen), et enfin une partie de couplage entre les deux sous-systèmes. Le champ laser extérieur place le centre de masse dans une superposition cohérente de son état de base et de son premier état excité, et créé de la sorte un plasmon de surface. Le couplage entre le centre de masse et les coordonnées relatives cause la décohérence et la dissipation de cette excitation collective.<br /><br />Nous avons développé un formalisme théorique bien adapté à l'étude de cette dissipation, qui est le formalisme de la matrice densité réduite. Dans le cadre de l'approximation markovienne, on est alors capable de résoudre analytiquement ou numériquement les équations correspondantes. Il y a principalement deux paramètres qui régissent la dynamique du plasmon de surface : le taux d'amortissement du plasmon, et la fréquence de la résonance. <br /><br />Une quantité accessible expérimentalement est la section efficace de photo-absorption de la nanoparticule métallique, où le plasmon de surface apparaît comme un large spectre de résonance. La largeur du pic de résonance plasmon est une quantité que l'on peut extraire microscopiquement de différentes manières. Une approche numérique consiste à résoudre les équations de Kohn-Sham dépendantes du temps dans l'approximation locale. Ceci donne alors le spectre d'absorption pour une taille de nanoparticule donnée, et l'on peut alors en déduire le temps de vie associé au plasmon de surface. Pour des tailles de nanoparticules supérieures à environ 1 nm, la largeur gamma du pic suit la loi de Kawabata et Kubo, qui prédit que gamma est proportionnel à l'inverse de la taille de la particule. Pour des tailles plus petites que 1 nm, gamma présente des oscillations en fonction de la taille, en accord avec les données expérimentales existantes. Grâce à un formalisme semiclassique, nous avons montré que ces oscillations sont dues aux corrélations de densité d'états entre les particules et les trous dans la nanoparticule. La théorie semiclassique reproduit quantitativement les calculs numériques.<br /><br />En plus de la largeur, nous avons également analysé la valeur de la fréquence de résonance. La théorie électromagnétique classique de Mie donne pour la fréquence de résonance du plasmon de surface la fréquence plasma du métal considéré, que divise un facteur géométrique. Or, la fréquence observée expérimentalement est décalée vers le rouge par rapport à la fréquence classique. On attribue généralement ce décalage à l'effet de « spill-out » que nous avons calculé semiclassiquement. La densité électronique de l'état de base s'étend à l'extérieur de la nanoparticule, ce qui a pour conséquence de diminuer la densité électronique à l'intérieur de la particule par rapport à sa valeur du massif. La fréquence de résonance est alors décalée vers le rouge par l'effet de spill-out. Nous avons montré grâce à des calculs pertubatifs que l'environnement électronique produit un décalage vers le rouge supplémentaire de la résonance du plasmon de surface. Ce phénomène est analogue au décalage de Lamb dans les systèmes atomiques. Les deux effets, spill-out et décalage de Lamb, doivent être pris en compte pour la description des résultats numériques et expérimentaux.<br /><br />De plus, nous avons étendu nos calculs semiclassiques de la largeur de raie du pic plasmon, du spill-out et du décalage de Lamb, au cas de températures finies. Nous avons montré que lorsque la température augmente, le pic du plasmon de surface s'élargit et la fréquence du plasmon est encore plus décalée vers le rouge par rapport au cas à température nulle. Bien que l'effet de la température soit faible, celui-ci est indispensable à la compréhension de la thermalisation électronique dans les expériences de type pompe-sonde. L'étude de l'effet de la température nous a de la sorte permis d'expliquer qualitativement les courbes de transmission différentielle observées dans les expériences résolues en temps de type pompe-sonde.

Certains matériaux ont des modes électromagnétiques confinés à leur surface, qui se<br />propagent le long de celle-ci. Ces modes, qui sont appelés ondes de surface, peuvent être couplés à des ondes propagatives à l'aide d'un réseau.<br />Nous avons utilisé un code de calcul électromagnétique exact, basé sur l'analyse rigoureuse des ondes couplées (RCWA), pour optimiser des structures périodiques dont les dimensions sont de l'ordre ou inférieures au micron. Nous avons ainsi conçu des micro ou nanostructures pour deux types d'applications : l'émission thermique cohérente, et la transmission résonante.<br />En émission, nous avons optimisé des sources thermiques émettant un rayonnement<br />quasi-monochromatique dans une direction privilégiée de l'espace ou bien dans toutes les directions. Nous avons de plus conçu, dimensionné et mis en place un montage de mesure de l'émissivité de telles sources. Nous avons pu retrouver de manière quantitative les résultats que nous avons obtenus numériquement, puis déterminer expérimentalement la longueur de cohérence spatiale de la source.<br />Le second axe de cette thèse a été consacré à la transmission résonante. Nous avons<br />mis en évidence les mécanismes de transmission de structures métalliques en montrant l'existence de modes propres de ces structures qui sont des modes couplant modes de surface et modes de cavité. En remontant aux caractéristiques de ces modes, nous pouvons en particulier retrouver toutes les caractéristiques des pics de transmission, hauteur, largeur et position. Nous avons par ailleurs montré que des effets analogues apparaissent pour des réseaux de cristaux polaires. Finalement, des études de transmission résonante par des cristaux 2D ont montré que des modes d'ordre élevé peuvent être fortement transmis. Ces modes sont faiblement couplés à des ondes planes mais peuvent se coupler fortement à des particules ou molécules.

Avec l'évolution rapide des techniques de nanofabrication, ces dix dernières années ont vu l'émergence de nouveaux composants pour l'optique dont la caractéristique principale est d'être constitués par la répétition d'un motif périodique de dimension sub-longueur d'onde. Ce travail de thèse est consacré à l'étude en champ proche et en champ lointain de deux familles de composants périodiques : les cristaux photoniques et les réseaux métalliques présentant une transmission exaltée, ou "tamis à photons". Nous commencerons par étudier des cristaux photoniques bidimensionnels sur membrane. Notre microscope en champ proche nous permettra d'accéder à la distribution spatiale de l'intensité à l'intérieur de microcavités à cristal photonique. Nous mettrons également en évidence l'existence d'un couplage entre les modes guidés pair et impair d'un guide droit à cristal photonique. Dans une seconde partie, nous nous intéresserons à des réseaux métalliques en transmission. Grâce à la méthode différentielle, qui permet de modéliser efficacement ces structures, nous discuterons les propriétés physiques de réseaux unidimensionnels avec ou sans ouvertures. Le rôle des modes plasmon-polaritons de Bloch dans le processus de transmission au travers de structures sans ouvertures sera clairement établi.

Cette thèse est consacrée à l'étude des propriétés optiques des nanotubes de carbone mono-paroi. <br> Dans un premier temps, la spectroscopie d'absorption a été utilisée comme un outil de caractérisation des différents échantillons. En effet, l'énergie de la transition entre la première paire de singularités de Van-Hove étant proportionnelle à l'inverse du diamètre, la spectroscopie d'absorption donne une mesure du diamètre moyen ainsi que de la largeur de la distribution en diamètre. <br> Nous avons étudié les conditions d'observation d'un signal de photoluminescence au niveau du gap des nanotubes semi-conducteurs. Pour observer ce signal, les nanotubes doivent être isolés, en les mettant convenablement en suspension par exemple. Les expériences de photoluminescence sélective en longueur d'onde ont montré que les structures observées dans les spectres peuvent être attribuées aux différentes chiralités présentes dans l'échantillon. Elles ont également permis d'évaluer la largeur homogène de la transition fondamentale (environ 20 meV). Enfin, la spectroscopie d'excitation de la photoluminescence a permis de déterminer la chiralité des différents nanotubes présents dans nos échantillons. <br> Dans un deuxième temps, la dynamique des porteurs de charge dans les nanotubes de carbone a été étudiée à l'aide d'expériences de type pompe-sonde. Cette étude réalisée sur des nanotubes déposés sur un substrat et agrégés en corde a montré l'existence d'un couplage tunnel entre les nanotubes semi-conducteurs et les nanotubes métalliques au sein d'une corde. L'existence de ce couplage ainsi que la brièveté des temps de relaxation (picoseconde) expliquent l'absence de signal de photoluminescence sur ce type d'échantillon. La comparaison faite avec les données obtenues sur les échantillons de nanotubes isolés montre une augmentation d'un ordre de grandeur des temps de relaxation, ce qui est en accord avec l'apparition d'un signal de photoluminescence observable sur ces échantillons. L'étude de la réponse non-linéaire hors résonance a mis en évidence la dynamique du plasmon de surface des nanotubes. Elle a également permis d'interpréter le fond d'absorption sur lequel sont superposées les raies dues aux transitions inter-bandes comme la queue basse énergie de la résonance plasmon de surface. Enfin, la susceptibilité non-linéaire d'ordre trois des nanotubes a pu être évaluée. La comparaison entre le facteur de mérite des nanotubes et celui d'autres matériaux étudiés en vue d'une application en optique non-linéaire a montré que les nanotubes de carbone semblent posséder des propriétés intéressantes pour ce type d'applications.