2.10 D´ etermination de la prolif´ eration cellulaire
3.3.8 Mise en ´ evidence de ph´ enom` enes particuliers
3.3.8.1 Autres param`etres influen¸cant la vitesse de d´eplacement
Outre le transfert par `a-coups entre maxima d’intensit´e lumineuse sur le guide multimode, d’autres param`etres influant directement la valeur des vitesses de d´eplacement ont ´et´e observ´es. En particulier, des mesures de vitesse effectu´ees sur le mˆeme guide et avec la mˆeme puissance peuvent r´ev´eler des dispersions tr`es importantes. Ceci peut s’expliquer de plusieurs fa¸cons :
– Les interactions de surface (liaisons ioniques, hydrophobes,. . .) gˆenent le mouvement des billes ou des cellules.
– Le nombre de cellules en surface du guide semble ´egalement directement influencer leur vitesse. En effet, chaque objet interagit avec le guide et d´ecouple une partie de la puissance lumineuse inject´ee dans le guide. La puissance disponible pour chaque particule d´epend donc du nombre de particules pr´esentes simultan´ement sur le guide.
– L’intensit´e du couplage entre les particules et le guide varie continuellement le long du guide, en fonction de la hauteur de la particule et de l’intensit´e lumineuse locale situ´ee sous chaque particule.
3.3.8.2 Illustration du caract`ere multimode des guides utilis´es
Le caract`ere multimode des guides utilis´es (d´ecrit par la figure 2.8 dans la section 2.2.1.3) peut ˆetre fr´equemment observ´e pour les guides en nitrure de silicium. Ainsi, la trajectoire des petites particules sur les guides suit les maxima d’intensit´e lumineuse `a la surface du guide.
Les particules pr´esent´ees ici sont des bact´eries d’une taille moyenne comprise entre 3 et 5µm, et la puissance inject´ee est d’environ 40 mW dans un guide de 5µm de large (figure 3.29). Nous pouvons voir que les cellules ne se d´eplacent pas suivant une trajectoire rectiligne. Elles avancent selon un chemin en zigzag, sur la largeur du guide. On notera que cette course est la mˆeme pour toutes les cellules d´eplac´ees sur le guide lors d’une mˆeme exp´erience. Ceci confirme que le trajet des particules sur un guide est dict´e par des maxima locaux d’intensit´e. Le d´eplacement en zigzag des particules peut aussi ˆetre observ´e sur les figures 3.1, 3.19, 3.20, 3.29 et 3.30.
sur le guide. D’une part, comme indiqu´e dans la figure 2.9 (section 2.2.1.3), le chemin parcouru par les particules moins larges que le guide, i.e. par les particules sensibles `a la position des maxima d’intensit´e lumineuse, est plus long que le chemin parcouru par les particules d’une taille comparable ou sup´erieure `a la largeur du guide. D’autre part, la vitesse des petites particules varie suivant la r´egion du guide consid´er´ee en raison des variations de l’intensit´e locale le long du guide. Les particules ont donc tendance `a avancer par `a-coups sur le guide d’un maximum d’intensit´e `a un autre.
Il conviendra donc de choisir la largeur des guides en fonction de la taille des particules `
a d´eplacer. Pour les petites particules, l’utilisation de guides ´etroits permettrait de limiter le d´eplacement en zigzag si cela s’av`ere n´ecessaire pour certaines applications. N´eanmoins, l’in- jection lumineuse dans des guides ´etroits est non seulement ardue `a r´ealiser, mais ´egalement tr`es d´elicate `a maintenir dans le temps. De plus, ces guides sont assez fragiles et semblent plus sensibles aux ph´enom`enes d’´echauffement. En effet, d’un point de vue exp´erimental, les guides ´
etroits sont plus fr´equemment concern´es par ces ph´enom`enes que les guides larges (d’une largeur sup´erieure `a 5µm).
Les particules pr´esent´ees ici sont des bact´eries d’une taille moyenne comprise entre 3 et 5µm et la puissance inject´ee est d’environ 40 mW dans un guide de 5 µm de large (cf. figure 3.29).
Fig. 3.29 – Illustration du caract`ere multimode des guides utilis´es. Les cellules se d´eplacent selon une trajectoire complexe en suivant les variations d’intensit´e locale dues `a la multimodalit´e du guide.
3.3.8.3 Illustration du d´ecouplage lumineux
Avec la cam´era CCD que nous utilisons sur notre banc optique pour observer les ´echantillons, il est possible de visualiser le d´ecouplage de la lumi`ere infrarouge inject´ee dans le guide. En effet, si l’oeil n’est pas sensible `a une longueur d’onde de 1064 nm, les cam´eras CCD le sont encore
puisque le filtre du silicium n’intervient qu’`a 1100 nm. Lorsque la lumi`ere de notre syst`eme de visualisation est ´eteinte, le d´eplacement des cellules, des levures sur la figure 3.30, est caract´eris´e par des clignotements lumineux irr´eguliers correspondant `a une interaction de l’objet d´eplac´e avec le guide inject´e (voir figure 3.30 : fl`eches noires). Ces petits clignotements lumineux sont produits par un d´ecouplage ponctuel de la particule et du guide : la lumi`ere laser confin´ee dans le guide se diffuse `a travers la particule et est d´etect´ee par notre cam´era d’observation.
Cette observation est int´eressante `a plusieurs points de vue :
– ceci d´emontre une interaction particuli`erement forte de l’objet d´eplac´e sur le guide. Le d´ecouplage lumineux peut donc ˆetre consid´er´e comme un indicateur de la bonne qualit´e du r´eglage de l’injection.
– ce ph´enom`ene pourrait ˆetre judicieusement exploit´e dans un microdispositif pour d´etecter le d´eplacement d’une particule sur un guide inject´e, en positionnant un photocapteur sur le trajet du guide d’onde. A titre d’exemple, l’´emission lumineuse due aux d´ecouplages permettrait de d´etecter la particule transport´ee sur le guide d’onde, et ainsi de modifier la r´epartition de la puissance du faisceau lumineux pour r´ealiser un tri sur une jonction en Y. En effet, cette d´etection ne n´ecessite pas de syst`eme d’observation particuli`erement complexe pour ˆetre r´ealis´ee. Un photocapteur simple, du mˆeme type que celui utilis´e dans notre exp´erience, pourrait donc ˆetre employ´e.
Fig. 3.30 – Illustration de l’interaction de Saccharomyces cerevisiae avec un guide de nitrure de silicium inject´e. Lorsque l’´eclairage de notre syst`eme de visualisation est coup´e, le d´eplacement des levures est mis en ´evidence par des clignotements lumineux correspondant `a l’interaction de l’objet avec le guide inject´e (fl`eches noires). Ces d´ecouplages lumineux ponctuels correspondent `a la cellule indiqu´ee sur l’image 5. La lumi`ere laser confin´ee dans le guide, se d´ecouple dans la particule et vient exciter le capteur de notre cam´era d’observation.
3.3.8.4 Mise en ´evidence d’un d´eplacement pr´ef´erentiel d’une population dans un m´elange
Nous nous sommes ensuite int´eress´es au comportement d’un m´elange de deux populations cellulaires sur un guide inject´e. En m´elangeant des levures `a des bact´eries issues du pollen, nous avons mis en ´evidence un d´eplacement diff´erentiel. Les bact´eries, plus rapides, d´epassent les levures plus lentes situ´ees sur le guide (voir figure 3.31). De cette fa¸con, nous r´ealisons un tri cellulaire. En effet, la population cellulaire la plus rapide sera, en fin d’exp´erience, s´epar´ee de la population se d´epla¸cant le plus lentement, pour peu que l’exp´erience dure assez longtemps pour que la s´eparation puisse s’´etablir, `a la mani`ere d’une chromatographie ou d’une ´electrophor`ese.
Fig. 3.31 – Illustration d’un d´eplacement pr´ef´erentiel d’une population dans un m´elange. Un m´elange de levure et de bact´eries issues du pollen est d´epos´e sur un guide de 6µm de large. On observe que les bact´eries, plus rapides, d´epassent les levures plus lentes situ´ees sur leur passage (une bact´erie est d´esign´ee par les fl`eches noires).