Soutenance de thèse de LI Xiangyi
Titre de thèse
Microscopies optiques linéaires et non linéaires à grand champ utilisant un éclairage aléatoire et une focalisation temporelle
Widefield linear and non-linear optical microscopies using random illumination and temporal focusing
Résumé de la thèse
La microscopie optique à large champ offre une imagerie rapide et robuste avec une perturbation minimale de l'échantillon, mais ne permet pas la section optique, ce qui entraîne un mauvais contraste dans les échantillons épais. Cette thèse examine comment des éclairages sur mesure utilisant des taches aléatoires et/ou la focalisation temporelle (TF) peuvent permettre la section optique en microscopie à fluorescence et non linéaire. Tout d'abord, nous avons pris en compte la nature tridimensionnelle de la formation d'images en microscopie à éclairage aléatoire (RIM) afin d'améliorer le contraste des images dans les échantillons épais. Nous avons adapté la RIM à la microscopie à fluorescence à deux photons afin d'obtenir un sectionnement optique et une haute résolution dans une modalité à grand champ, potentiellement plus rapide que le balayage. Dans une approche complémentaire, nous avons également montré qu'un faisceau moucheté focalisé est capable de créer un volume d'excitation à deux photons quasi isotrope à l'échelle micrométrique, ouvrant ainsi la voie à un balayage rapide de grands champs de vision (au détriment d'une résolution micrométrique). Enfin, nous avons proposé différentes méthodes pour générer des faisceaux focalisés dans le temps. Nous avons montré que la combinaison d'illuminations aléatoires et d'une focalisation temporelle peut améliorer la section optique en microscopie à fluorescence à deux photons à champ large. Nous présentons également la première utilisation de la focalisation temporelle en microscopie CARS à champ large pour fournir une section optique.
Thesis resume
Wide-field optical microscopy offers fast, robust imaging with minimal sample disturbance but lacks optical sectioning, leading to poor contrast in thick samples. This thesis investigates how tailored illuminations using random speckles and/or temporal focusing (TF) can bring optical sectioning in fluorescence and nonlinear microscopy. First, we accounted for the three-dimensional nature of the image formation in Random Illumination Microscopy (RIM) to improve the images contrast in thick samples. We adapted RIM to two-photon fluorescence microscopy to provide optical sectioning and high resolution in a widefield modality possibly faster than the scanning one. In a complementary approach, we also showed that a focused speckled beam is able to create a quasi-isotropic two-photon excitation volume at a micrometer-level, thus paving the way to fast scanning of large fields of view (at the cost of a micrometric resolution). Last we have proposed different methods for generating temporally focused beams. We have shown that combining random illuminations and temporal focusing can improve the optical sectioning in widefield two-photon fluorescence microscopy. Also we present the first use of temporal focusing in widefield CARS microscopy for providing optical sectioning.