Optomécanique, Biocapteur, Détection nanomécanique, Microrhéologie, Adhésion cellulaire, Activité métabolique

De nombreuses avancées en biophysique ont été générées par des progrès en instrumentation. Mesurer des objets biologiques individuels avec une sensibilité et une résolution temporelle accrues devrait permettre d'enrichir notre compréhension des mécanismes du vivant. Les progrès technologiques en nanofabrication ont considérablement amélioré les nanosystèmes électro- et opto-mécaniques (NEMS/NOMS) utilisés pour la détection biologique, en particulier pour la mesure de virus et de bactéries individuels. Pour la mesure de cellules individuelles, les systèmes mécaniques miniatures actuels, tels que la microscopie à force atomique ou les micro-leviers, sont cependant limités à une centaine de kilohertz de fréquence mécanique. Le capteur utilisé dans cette thèse s'inscrit dans cette lignée et propose de dépasser cette limite. Il s'agit d'un disque d'épaisseur nanométrique et de rayon micrométrique, en arséniure de gallium, présentant un couplage optomécanique entre des modes optiques de galerie aux longueurs d'onde telecom (1.55 µm) et des modes mécaniques à une fréquence d'une centaine de mégahertz. La grande sensibilité de ces modes à des perturbations extérieures permet la détection d'objets déposés sur le capteur, que ce soit à l'air libre ou en milieu liquide. Dans un premier temps, nous mesurons à l'air libre la masse (fg) et l'élasticité (GPa) de nanoparticules individuelles ayant des dimensions et des propriétés similaires à des virus. Ensuite, grâce au même capteur, nous analysons l'évolution de la géométrie et de la masse de gouttes nanométriques (10 aL) en temps réel (ms) pendant leur évaporation dans un environnement gazeux saturé. Après des adaptations pour permettre le fonctionnement du capteur en milieu liquide, des mesures optomécaniques de cellules individuelles sont réalisées dans des conditions physiologiques. Ces mesures, qui sondent une épaisseur d'environ une centaine de nanomètres de la cellule, permettent d'observer les différentes phases de l'adhésion et de l'étalement cellulaire. Leur interprétation donne accès à plusieurs propriétés physiques, mécaniques et optiques, des complexes d'adhésion. De plus, une analyse du bruit de notre signal optique de sortie révèle la sensibilité du capteur à l'activité métabolique des cellules jusqu'au mégahertz.