Méthodes d'imagerie en biologie

Objectifs

L’objectif principal de l’UE est d’appréhender les principales méthodes d’imagerie utilisées couramment en biologie, notamment les microscopies optique et électronique. Il faudra être capable de faire le lien entre l’échelle d’observation, l’entité biologique étudiée, le principe physique à la base de la technique d’observation ainsi que la technologie associée. Pour cela, il faudra s’appuyer sur la notion d’onde (en particulier électromagnétique et plus particulièrement onde lumineuse), de particules (électrons) et connaître la structure de la matière afin de comprendre les interactions rayonnement/matière à la base des méthodes d’imagerie. Un accent particulier sera mis sur les méthodes d’imagerie optique (microscopie) et leurs applications en biologie. Une initiation à l’acquisition et au traitement d’images numériques sera effectuée.

Compétences visées

• Maîtriser les notions de base associées à l’optique (corpusculaire, ondulatoire, géométrique).
• Identifier les phénomènes d’interaction rayonnement/matière à la base des techniques d’observation du vivant.
• Faire le lien entre les caractéristiques du rayonnement, l’échelle d’observation et le principe physique sous-jacent à chaque méthode d’observation.
• Connaître le principe et les spécificités de quelques méthodes d’imagerie et de caractérisation utilisées couramment en biologie (microscopie optique, microscopie électronique).
• Connaître les domaines d’application en biologie de ces techniques d’observation.
• Mettre en œuvre expérimentalement une technique d’observation / de caractérisation du vivant basée sur la lumière (microscopie, fluorescence). Acquérir et traiter des images numériques.

Descriptif

• Notion d’optique : Sources de lumière et mécanismes d’émission ; spectres d’émission, lumière laser, interactions lumière / matière (absorption, diffusion,…), bases de l’optique géométrique et ondulatoire (réflexion, réfraction, formation des images, diffraction)
• Microscopie optique : Fondamentaux de la microscopie optique (principe, réglage, technologie, caractéristiques). Principaux microscopes optiques (champ clair, contraste de phase, DIC, polarisation, champ sombre, fluorescence. Microscopies évoluées (confocale, FLIM, FRET, multiphotonique, super-résolution).
• Microscopie électronique en transmission (MET) et à balayage (MEB). Principe, technologie et applications.
• Acquisition, traitement et analyse d’images en microscopie.

• Travaux Pratiques : 
  - Microscope optique 1 : modélisation sur banc optique (réglages, éclairage de Köhler, contraste), mesures avec un microscope numérique (étalonnage, mesure de dimensions, résolution).
  - Microscope optique 2 : microscopie à contraste de phase et de polarisation.
  - Spectroscopie optique (sources de lumière, spectres d’absorption/émission de fluorescence, filtres)
  - Présentation de la microscopie optique multiphotonique à OPTIMAG.