Fiche type pour offre de these








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date de publication16.05.2017
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FICHE TYPE POUR OFFRE DE THESE

(les champs en rouge sont obligatoires)
Spécialité doctorale :

□ Biostatistique

□ Electronique

 Informatique
□ Mathématiques et modélisation

□ Mécanique et Génie civil

x Physique

□ SYstèmes automatiques et Microélectroniques

Inscription en thèse :  UM2 □ UM1
Date limite de validité de l'offre :

ENCADREMENT DE LA THESE
Directeur de thèse (nécessairement HDR) : Michel GROSS
Co-encadrant éventuel : Daniel Alexandre, Gladys Massiera
Correspondant/Contact : Michel GROSS

(NOM Prénom téléphone e-mail) michel.gross@univ-montp2.fr

Titre en français : Holographie numérique appliquée à la bio imagerie.
Titre en anglais : Digital holography applied to the bio imaging.

Page web de l'offre (si elle existe) : http://
Financement prévu (s'il existe ; s'il s'agit d'un sujet ouvert au concours pour attribution d'un contrat doctoral de l'ED, le préciser) : SUJET PRIORITAIRE
Profil(s) de candidats souhaité(s) : Physicien généraliste avec une bonne formation en optique, Aucun background en biologie n’est requis.
Présentation détaillée en français :
L'holographie numérique, qui enregistre sur une camera l’interférence (i.e. l’hologramme) entre le champ diffracté ou réfracté par un objet, et un champ de référence, permet de mesurer l’amplitude et la phase du champ dans le plan de la camera, et d’en déduire, par calcul, le champ partout dans l’espace [1]. Cette technique, qui connaît un important développement depuis 15 ans, est particulièrement bien adaptée pour imager les systèmes biologiques en microscopie [2], car ces systèmes présentent peu de contraste en amplitude (ils sont quasi transparents), mais un bon contraste de phase. Le L2C a développé une technique d’holographie originale, appelée holographie hétérodyne, dans laquelle la fréquence et l’amplitude de l’onde de référence peut être ajustée arbitrairement en temps réel [3]. En jouant sur la fréquence de l’onde de référence, on peut, par exemple, imager sélectivement les parties de l’objet qui sont en mouvement et qui donnent lieu à un signal dont la fréquence est déplacée par effet Doppler. Nous avons ainsi imagé, les écoulement sanguins dans les micros vaisseaux du petit animal [4, 5].

Ce projet propose de poursuivre le développement des techniques d’holographie, et de les appliquer à des problèmes de bio physique étudiés au L2C. Il s’agira tout d’abord d’étudier le réseau sanguin dans l’embryon de poulet (oeuf fécondé), et l’embryon de poisson zèbre [6]. Comparé aux autres méthodes de mesure des écoulements comme la PIV, l’holographie Doppler présente l’avantage de pouvoir être réalisée sans marqueur, et de conduire à une imagerie multimodale lors du post traitement. On peut en effet avec les même données enregistrées obtenir des images en amplitude, en phase, et en décalage Doppler, le tout en 3D. L’holographie sera également utilisée pour étudier le fonctionnement du dispositif cDICE mis au point au laboratoire [7]. Ce dispositif permet d’encapsuler des gouttes liquides dans des membrannes photolipidiques de manière à réaliser des vésicules de diamètre 10 à 100 microns qui constituent des objets biomimétiques de cellules vivante. On désire imager les gouttes (et/ou les vésicules) au voisinage et à la traversé d'une interfaces au cour du procédé de production. L’objectif est de comprendre le mécanisme physique du passage d’une interface par une goutte et donc d’optimiser certaines étapes du procédé, notamment concernant la distribution de taille, élargies dans certains domaines de taille, par un processus jusque là non élucidé.

La thèse sera dirigée par Michel Gross, physicien spécialiste d’holographie, assisté de Daniel Alexandre biologiste pour l’étude des embryons de poulet et de poisson, et de Gladys Massiera bio-physicienne pour l'étude des vésicules (cDICE). Le candidat sera amené à développer les systèmes holographiques existants, à réaliser les acquisitions de données et effectuer le post traitement (reconstruction holographique, analyse des images). Nous recherchons un physicien généraliste avec une bonne formation en optique. Aucun background en biologie n’est requis.
Présentation détaillée en anglais (non obligatoire mais recommandé) :
Digital holography, which records on a camera the interference (i.e. the hologram) between the field scattered by an object, and a reference field, is able to measure the amplitude and the phase of the field in the plane of the camera. One can the calculate the field everywhere in space [1]. This technique, which is experiencing a significant development since 15 years, is particularly well suited for imaging biological systems in microscopy [2] because these systems have little contrast in amplitude (they are almost transparent), but a good contrast in phase. L2C has developed an original holographic technique, called heterodyne holography, wherein the frequency and the amplitude of the reference wave can be arbitrarily adjusted in real time [3]. By varying the frequency of the reference wave, we can selectively image the parts of the object, which are moving, and which give rise to a signal whose frequency is shifted by the Doppler effect. By this way, we have imaged the blood flow in micro vessels of small animals [4, 5].

This project proposes to continue the development of holographic techniques, and to apply them to bio-physical problems studied at L2C. We will first study the blood flow in chicken embryos (fertilized eggs), and in zebrafish embryos [6]. Compared to other methods of measuring flows as PIV, Doppler holography exhibits several advantages. It can be done without marker, and post processing yields multimodal imaging. One can indeed obtain, with the same recorded data, images in amplitude, phase and Doppler shift, and that all in 3D. Holography will also be used to understand some of the physical steps in the cDICE process developed in the laboratory [7]. This device allows to encapsulate liquid droplet to obtain bio-mimetic vesicle of diameter 10 to 100 micrometers. Droplet (or vesicles) will be imaged, in the vicinity and during the crossing of an interface. Our objective is to deepen our understanding of the interface crossing in order to optimize the process and more specifically to understand the widening of the vesicle size distribution for some parameters.

The PhD will be supervised by Michel Gross, physicist expert in holography, assisted by Daniel Alexandre biologist to study chicken and fish embryos blood criculation, and by Gladys Massiera bio-physicist on the vesicles (cDICE) study. The candidate will have to develop holographic systems, to perform data acquisition and post-treatment (holographic reconstruction, image analysis). We are seeking for a physicist with good expertise in optics. No background in biology is required.

References

[1] U. Schnars and W. Juptner. Direct recording of holograms by a ccd target and numerical reconstruction. Applied optics, 33(2) :179–181, 1994.

2] E. Cuche, F. Bevilacqua, and C. Depeursinge. Digital holography for quantitative phase-contrast imaging. Optics letters, 24(5) :291–293, 1999.

[3] F. Le Clerc, L. Collot, and M. Gross. Numerical heterodyne holography with two-dimensional photodetector arrays. Optics letters, 25(10) :716–718, 2000.

[4] M. Atlan, M. Gross, B.C. Forget, T. Vitalis, A. Rancillac, and A. K Dunn. Frequency-domain wide-field laser doppler in vivo imaging. Optics letters, 31(18) :2762–2764, 2006.

[5] M. Simonutti, M. Paques, J.A. Sahel, M. Gross, B. Samson, C. Magnain, and M. Atlan. Holographic laser doppler ophthalmoscopy. Optics letters, 35(12) :1941–1943, 2010.

[6] N. Verrier, D. Alexandre, and M. Gross. Laser doppler holographic microscopy in transmission : application to fish embryo imaging. Optics express, 22(8) :9368–9379, 2014.

[7] M. Abkarian, E. Loiseau, and G. Massiera. Continuous droplet interface crossing encapsulation (cDICE) for high throughput monodisperse vesicle design. Soft Matter, 7(10) :4610–4614, 2011.

INFORMATIONS SUPPLEMENTAIRES UTILES
Particularités de l'encadrement (par exemple : collaboration internationale, etc.) :
Partenariat industriel éventuel :

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