Réalisation de pinces optiques pour la manipulation de nano et micro objets individuels d'intérêt chimique ou biologique

Abstract

Nous avons construit une expérience de pinces optiques basée sur l'utilisation d'un microscope optique inversé. Deux classes de micro objets ont été étudiées : 1 - Des particules colloïdales sphériques ou approximativement sphériques, soit homogènes tels des colloïdes de silice pure élabores par méthode sol-gel ou des billes commerciales de latex, soit inhomogènes tels des particules composites constituées d'un coeur métallique d'or entouré d'une coquille de silice. 2 - Des micro-monocristaux d'une molécule organique fluorescente présentant une forme non sphérique, parallélépipédique. Notre étude a démontré un piégeage efficace même sur les plus petites particules contenant un noyau d'or. Pour les nanoparticules hybrides d'or-silice, la constante élastique du piège optique expérimentalement mesurée est plus forte que pour les nanoparticules de silice avec un diamètre semblable. Ce résultat est en accord avec un modèle simple fondé sur l'accroissement de la polarisabilité de la particule dû à la présence du noyau d'or. L'influence de la polarisation de la lumière a été étudiée et nous avons discuté le choix du détecteur de position. Les microcristaux organiques s'orientent de sorte que leur axe long soit dans la direction axiale du faisceau de piégeage, l'axe court suit la direction de la polarisation linéaire du faisceau. En polarisation circulaire ou elliptique, les cristaux se mettent spontanément en rotation avec des vitesses de rotation tout à fait élevées, jusqu'à 500 tours par seconde. C'est la première fois qu'un tel résultat est reporté pour des particules de la taille de nos cristaux. Un autre résultat surprenant est que lorsque la puissance incidente augmente, la vitesse de rotation augmente aussi comme attendu mais après passage par un maximum, alors que la puissance continue de croître, la vitesse de rotation diminue jusqu'à arrêt complet de la rotation, et cette évolution n'est pas réversible ! La thèse présentée est une thèse réalisée dans un cadre de cotutelle entre l'Université Paris 11 et l'Institut Supérieur des Sciences et Techniques Avancées - Université de La Havane à Cuba.We built an experiment of optical tweezers based on the use of an inverted optical microscope. Two classes of micro objects were studied : 1 - spherical or roughly spherical colloidal particles, either homogeneous such as colloids of pure silica elaborated through a sol-gel method or commercial latex balls, or inhomogeneous such as composite particles made up of a metal gold core embedded in a silica shell. 2 - micro-single crystals of a fluorescent organic molecule presenting a nonspherical, parallelepipedic form. Our study showed an effective trapping even on the smallest particles containing a gold core. For the hybrid gold-silica nanoparticles, the elastic constant of the optical trap measured in experiments is stronger than for the silica nanoparticles with a similar diameter. This result is in agreement with a simple model based on the increase in polarizability of the particle due to the presence of the gold core. The influence of the polarization of the light was studied and we discussed the choice of the detector of position. The organic microcrystals are directed so that their long axis is in the axial direction of the trapping beam; the short axis follows the direction of the linear polarization of the beam. In circular or elliptic polarization, the crystals are put spontaneously in rotation with high speed up to 500 turns per second. It is the rst time that such a result is deferred for particles of the size of our crystals. Another surprising result is that when the incident power increases, the rotation speed also increases as expected but after the passage by a maximum, whereas the power continues growing, the rotation speed decreases until complete stop of rotation, and this evolution is not reversible ! The thesis presented is a thesis carried out within a framework of cotutelle between the University Paris 11 and the Higher Institute of Science and Advanced Technologies - Havana University in Cuba.ORSAY-PARIS 11-BU Sciences (914712101) / SudocSudocFranceF