Microspectrométrie infrarouge en champ proche et champ lointain : développement et application à l'étude de peau humaine
Institution:
Paris 11Disciplines:
Directors:
Abstract EN:
We explore some of the possibilities offered by infrared micro-spectroscopy, defined as the association of scanning microscopic imaging with the analytical properties of infrared spectroscopy. Our goal is to reunite the far-field micro-spectroscopy, particularly performing when using synchrotron radiation, with spectroscopy in the near-field. With the latter technique, still in development, we expect to obtain resolutions much sma1ler than the wavelength by utilizing a tunable infrared source (in our case a free electron laser). Using far-field microscopy, we chose to study the chemical and structural composition of human skin. The spectral evolution observed throughout the various epidermis layers allowed us to characterize, for the first time using infrared spectroscopy, the phenomena of epidermis differentiation. Besides using the intensity profiles of the tissue bio-molecules absorption bands to localize different skin regions, the microscopic data indicate the existence of secondary structures specific to tissue proteins, as well as a very organized lipidic environment in the region of the stratum conium. The application of this technique in cosmetics makes it possible to visualize the microscopic distribution of natural products throughout the various layers of the skin. Our work in near-field techniques was mainly centered on the development of a Photon Scanning Tunneling Microscope (PSTM) with emphasis in doing local spectroscopy rather than imaging. Working with model samples (irradiated polymers) we obtained specific spectroscopic signatures as well as observed spectral modifications when passing through regions chemically different. Our data demonstrate the validity of our experimental approach and open several possibilities to future works on the subject.
Abstract FR:
Certaines des possibilités offertes par la microspectroscopie infrarouge, c'est-à-dire par l'association de l'imagerie par microscopie optique à balayage avec les propriétés analytiques de la spectroscopie infrarouge, sont explorées. L'idée est de réunir la micro-spectroscopie en champ lointain, particulièrement performante lorsqu'elle utilise le rayonnement synchrotron, avec la spectroscopie en champ proche. Cette dernière, pas encore opérationnelle, nous permet d'espérer obtenir en utilisant une source infrarouge accordable, en l'occurrence un laser à électrons libres, des résolutions très inférieures à la longueur d'onde. En microscopie en champ lointain, le sujet choisi est l'étude de la composition chimique et structurale de la peau humaine. Les évolutions spectrales observées au sein des différentes couches de l'épiderme permettent de caractériser pour la première fois par spectroscopie infrarouge le phénomène de différenciation épidermique. Outre la localisation des différentes régions de la peau, via les profils d'intensité des bandes d'absorption des bio-molécules du tissu, les données spectroscopiques indiquent l'existence de structures secondaires propres aux protéines du tissu, ainsi qu'un milieu lipidique très organisé dans la région du stratum corneum. Son application en cosmétique rend possible la visualisation de la répartition, à l'échelle microscopique, de produits naturels au sein des différentes couches de la peau. Les travaux de spectroscopie en champ proche ont surtout porté sur la mise en œuvre du PSTM (photon : Scanning Tunneling Microscope), l'objectif étant de faire de la spectroscopie locale plutôt que de l'imagerie. Sur des échantillons modèles (polymères irradiés), l'obtention de signatures spectroscopiques spécifiques ainsi que l'observation de modifications spectrales au passage de régions chimiquement différentes démontrent la validité de l'approche expérimentale que nous avons adoptée et ouvre la voie à de futurs travaux dans ce domaine.