Thèse Nanoscopie par Imagerie de Durée de Vie de Fluorescence de Molécules Uniques pour la Biophysique et la Thermoplasmonique H/F

Doctorat.Gouv.Fr

Établissement : ESPCI Ecole supérieure de physique et de chimie industrielles de la ville de Paris (PSL) École doctorale : Physique en Ile de France Laboratoire de recherche : Institut Langevin : ondes et images Direction de la thèse : Valentina KRACHMALNICOFF ORCID 0000000254845338 Début de la thèse : 2026-10-01 Date limite de candidature : 2026-09-30T23:59:59 Les techniques d'imagerie super-résolue permettent d'observer des objets avec une résolution à l'échelle nanométrique (~10 nm), bien en dessous de la limite classique imposée par la diffraction de la lumière (généralement ~200 nm). Parmi ces techniques, les approches de microscopie de localisation de molécules uniques (Single Molecule Localization Microscopy - SMLM) reposent sur la capacité à détecter des molécules individuelles et à activer ou désactiver des émetteurs fluorescents photoactivables.
À l'Institut Langevin, ESPCI Paris PSL, nous avons developpé ce concept et conçu un nouveau système de microscopie capable de détecter simultanément des molécules fluorescentes individuelles ainsi que leur durée de vie de fluorescence, permettant ainsi d'obtenir des images super-résolues de la durée de vie de fluorescence (single molecule Fluorescence Lifetime Imaging Microscopy - smFLIM).
Dans le cadre de ce projet, nous explorerons une nouvelle application du smFLIM : l'étude de l'augmentation de température dans des échantillons nanostructurés, basée sur la modification de la fluorescence de molécules uniques.
Super-resolution imaging techniques enable to image objects with a resolution at the nanometer length scale (~10 nm), well below the classical limit imposed by the diffraction of light (typically ~200 nm). Among these techniques, single-molecule localization microscopy (SMLM) approaches are based on the capacity of detecting single-molecules and the ability of switching on and off fluorescent emitters.
So far, we have applied our system to study light-matter interactions in plasmonic and dielectric nanostructures and obtained super-resolved cartographies of the local density of electromagnetic states (LDOS) of silver nanowires, gold nanocones and GaP nanodimers. However, this new approach opens up new and exciting applications not only in the fields of materials science and nanophotonics, but also for biological imaging and biophysics.
At Institut Langevin, ESPCI Paris PSL, we have further developed such concept and conceived a novel microscopy system capable of simultaneously detecting single fluorescent molecules as well as their fluorescence lifetime, and thus obtaining super-resolved fluorescence lifetime images (smFLIM). In the frame of this project we will explore a new application of smFLIM, that is the study of temperature increase in nanostructured samples based on single-molecule fluorescence modification. We will use the recently developed smFLIM system to observe the temperature enhancement induced by the nanoparticle in different environments (i.e. thermally isolating or conductive). We will study thermal enhancement by measuring the modification of the fluorescence emission of the molecules close to the nanoparticle. Based on the knowledge of the team, we will separate this contribution from the local density of states modification of the fluorescence signal.
We will first study a simple bulk substrate and then move to nanostructured samples.