Missions

Le domaine de la microscopie de fluorescence optique a été révolutionné avec l'émergence de l'imagerie de super-résolution, permettant d'imager des objets avec une résolution à l'échelle nanométrique. Parmi ces techniques, la microscopie de localisation de molécules uniques (SMLM) repose sur la capacité de détecter des molécules uniques et sur l'aptitude à activer et désactiver les émetteurs fluorescents. À l'Institut Langevin, CNRS - ESPCI Paris PSL, nous avons développé ce concept et conçu un nouveau système de microscopie capable de détecter simultanément la position des molécules fluorescentes uniques ainsi que leur durée de vie de fluorescence, obtenant ainsi des images de durée de vie de fluorescence super-résolues (smFLIM) [1,2].
Le smFLIM se situe à la confluence de la biophysique et de la nanophotonique, avec de multiples applications dans les deux domaines [3]. Il atteint une résolution spatio-temporelle ultime et donne accès à des échelles multiples de 10 µm à 10 nm et de la seconde à la picoseconde.
Jusqu'à présent, nous avons appliqué notre système à l’étude des interactions lumière-matière dans des nanostructures plasmoniques et diélectriques et obtenu des cartographies super-résolues de la densité locale des états électromagnétiques (LDOS) en champ proche de nanofils d'argent [2], de nanodimères de GaP [4] et de nanocônes d'or [5]. Cependant, cette nouvelle approche ouvre des perspectives passionnantes non seulement dans les domaines des sciences des matériaux et de la nanophotonique, mais aussi pour l'imagerie biologique et la biophysique.

Nous recherchons un chercheur postdoctorant motivé pour travailler avec nous afin d'explorer différentes applications du smFLIM. La première application (A) est l'étude de la reconnaissance antigène-anticorps au niveau de la molécule unique. À cette fin, nous étudierons, en collaboration avec le laboratoire Enzyme and Cell Engineering dirigé par le Prof. K. Haupt (Université de Technologie de Compiègne), une nouvelle classe de nanomatériaux biomimétiques : des anticorps synthétiques basés sur des polymères à empreinte moléculaire, structurés sous forme de nanoparticules. La deuxième application (B) est l'étude de l'augmentation de température dans des échantillons nanostructurés basée sur la modification de la fluorescence des molécules uniques. Nous sommes également ouverts à toute autre suggestion d'applications potentielles du smFLIM de la part des candidats.

(A) Les polymères à empreinte moléculaire (MIP) imitent, dans des matrices synthétiques, les phénomènes de reconnaissance moléculaire se produisant dans la nature [6]. Ils sont capables de reconnaître des molécules cibles (l'« antigène ») avec une haute spécificité, sélectivité et affinité. Les MIP sont des matériaux prometteurs pour remplacer les anticorps dans de nombreux domaines, y compris la bio-séparation, la bio-analyse, la bio-imagerie et les traitements médicaux [7]. Nous collaborons sur ce sujet avec le groupe du Prof. Karsten Haupt, l'un des leaders mondiaux dans ce domaine.
Alors que les propriétés des MIP ont été étudiées au niveau macroscopique, l'investigation des MIP uniques par la caractérisation des événements de liaison uniques est encore manquante. Nous étendrons le smFLIM au smFLIM-FRET (Fluorescence Lifetime Imaging Microscopy by Förster Resonance Energy Transfer) pour étudier les interactions moléculaires dans les MIP uniques à des distances allant jusqu'à ~10 nm. Dans le smFLIM-FRET, l'interaction entre une nanoparticule de MIP et un antigène, marqués respectivement avec des fluorophores donneurs et accepteurs, sera suivie via les changements de la durée de vie de la fluorescence.
(B) Au cours des deux dernières décennies, la capacité de contrôler à distance la température d'une nanoparticule plasmonique avec la lumière a connu des applications importantes dans plusieurs domaines, allant de la nanomédecine et la biologie à la chimie photothermique et la collecte de lumière solaire. La quantité généralement mesurée est une augmentation globale de la température sur toutes les nanoparticules. Cependant, de nouvelles perspectives pourraient être obtenues avec une cartographie locale de la température, avec une résolution nanométrique. Le smFLIM a le potentiel de répondre à ce défi, grâce à l'utilisation de molécules photoactivables stochastiquement dont la réponse de fluorescence dépend de la température. La sensibilité de la fluorescence des molécules uniques à ce paramètre sera explorée dans cette partie du projet et son application à la chimie photothermique sera étudiée.

Références
[1] Bouchet, D. et al. “Probing near-field light-matter interactions with single-molecule lifetime imaging”, Optica 6, 135 (2019)
[2] Blanquer, G. et al. “Relocating single-molecules in super-resolved fluorescence lifetime images near a plasmonic nanostructure”, ACS Photonics 7, 393-400 (2020).
[3] Koenderink, A. F. et al. “Super-resolution imaging: when biophysics meets nanophotonics”, Nanophotonics, 11, 169 (2022)
[4] M. Cordova-Castro et al. “Single-emitter super-resolved imaging of radiative decay rate enhancement in dielectric gap nanoantennas”, Light: Science & Applications, 13, 7 (2024).
[5] M. Cordova-Castro à publier (2024).
[6] K. Haupt, “Plastic antibodies”, Nature Materials. 9, 612–614 (2010).
[7] K. Haupt, P. X. Medina Rangel, B. T. S. Bui, “Molecularly Imprinted Polymers: Antibody Mimics for Bioimaging and Therapy”, Chem Rev. 120, 9554–9582 (2020).

Activités

Le chercheur postdoctoral travaillera quotidiennement avec un doctorant qui maîtrise déjà le setup smFLIM et participera à sa supervision. Il/Elle suivra également le travail d'un autre doctorant du groupe, travaillant sur les sources thermiques et les milieux diffusants.
Le chercheur postdoctoral participera aux réunions hebdomadaires du groupe, qui rejoignent le groupe de Valentina Krachmalnicoff et celui dirigé par Yannick De Wilde. Les sujets du groupe couvrent les expériences sur l'émission de lumière dans les milieux diffusants dans les régimes de fluorescence et de thermalisation, y compris l'émission par des nano-sources dans des environnements complexes, la fluorescence résolue en temps, le rayonnement thermique de champ proche, la spectroscopie optique et la génération de seconde harmonique.

Compétences

Nous acceptons les candidatures de chercheurs avec des parcours et des motivations différents, allant de l'optique et de la nanophotonique à la physico-chimie et à la biophysique, et des intérêts de recherche fondamentale aux sciences appliquées. Une expérience dans des domaines tels que la thermoplasmonique, les études sur les émetteurs fluorescents uniques et le machine learning sera particulièrement appréciée.
La maîtrise de l'anglais écrit et parlé est essentielle.

Contexte de travail

L'institut d'accueil est l'Institut Langevin, à Paris (https://www.institut-langevin.espci.fr/materials_resonances_and_interfaces_mri). Les recherches menées à l'Institut Langevin visent à comprendre les mécanismes de propagation de différents types d'ondes (des ondes mécaniques aux ondes optiques en passant par les ondes électromagnétiques) dans les environnements les plus complexes et à tirer parti de cette compréhension pour développer des instruments innovants permettant de manipuler ces ondes et d'imager ces environnements. L'équipe d'accueil est celle dirigée par Valentina Krachmalnicoff (https://www.institut-langevin.espci.fr/valentina_krachmalnicoff).