1 / 35

Adeline Bonvalet , Kevin Lee, Patrick Nuernberger , Manuel Joffre

Spectroscopie multidimensionnelle infrarouge: Mise en œuvre expérimentale et application à l’hémoglobine. Adeline Bonvalet , Kevin Lee, Patrick Nuernberger , Manuel Joffre Laboratoire d’Optique et Biosciences Ecole Polytechnique-CNRS-INSERM Palaiseau. JPU 2009. Introduction.

lana
Download Presentation

Adeline Bonvalet , Kevin Lee, Patrick Nuernberger , Manuel Joffre

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. Spectroscopie multidimensionnelle infrarouge:Mise en œuvre expérimentale et application à l’hémoglobine Adeline Bonvalet, Kevin Lee, Patrick Nuernberger, Manuel Joffre Laboratoire d’Optique et Biosciences Ecole Polytechnique-CNRS-INSERM Palaiseau JPU 2009

  2. Introduction Structure des protéines • La plupart des protéines se replie • en une structure tridimensionnelle unique et intimement liée à leur fonction biologique. Ordre déterminé par le code génétique hème Hémoglobine Transport d’Oxygène But: Observer les modifications structurales au cours d’une réaction

  3. Introduction Dynamique structurale Mais le fonctionnement des protéines repose sur leur caractère dynamique. But: Observer les modifications structurales au cours d’une réaction Moyens: Diffraction X Résonance magnétique nucléaire Microscopie électronique Simulations numériques Fluorescence Dichroïsme circulaire Raman Spectroscopie d’absorption spectroscopie infrarouge… Spectroscopie multidimensionnelle infrarouge: permet l’étude des couplages et des relaxations vibrationnels (IR) avec une résolution subpicoseconde

  4. Spectroscopiemultidimensionnelle Principe But: Mesure complète de la fonction réponse d’un système Moyen: Mesure du champs émis par le système suite à son excitation par une ou plusieurs impulsions ultrabrèves Exemple: Champs émis au deuxième ordre Mesure du champs émis E en amplitude et en phase t

  5. Spectroscopiemultidimensionnelle Principe Couplage But: Mesure complète de la fonction réponse d’un système Moyen: Mesure du champs émis par le système suite à son excitation par une ou plusieurs impulsions ultrabrèves Exemple: Champs émis au deuxième ordre Mesure du champs émis E en amplitude et en phase t TF Fréquence d’émission Fréquence d’excitation

  6. Spectroscopiemultidimensionnelle Principe But: Mesure complète de la fonction réponse d’un système Moyen: Mesure du champs émis par le système suite à son excitation par une ou plusieurs impulsions ultrabrèves Exemple: Champs émis au troisième ordre Mesure du champs émis E en amplitude et en phase t T

  7. Spectroscopie 2D Principe But: Mesure complète de la fonction réponse d’un système Moyen: Mesure du champs émis par le système suite à son excitation par une ou plusieurs impulsions ultrabrèves Exemple: Champs émis au troisième ordre Mesure du champs émis E en amplitude et en phase t T TF T = 2.9 ps T = 0 ps T= 6.2 ps T = 0 ps T= 2.9 ps T= 6.2 ps Exemple : RDC T N. Demirdoven, M. Khalil, A. Tokmakoff, Phys. Rev. Lett. 89, 237401 (2002)

  8. Spectroscopie 2D Exemple Exemple : RDC (acetylacetonato dicarbonyl rhodium(I)) 0,2 1,1 Détection 2,0 0,1 1,0 0,0 Transitions vers les combinaisons Absorption La spectroscopie multidimentionnelle informe sur: -L’anharmonicité -les couplages entre les modes -les largeurs homogènes/inhomogènes -les interactions avec l’environnement -…. Dynamique structurale

  9. Montage expérimental Deux pompes et une sonde c(2) 1,2-1,6mm Regen OPA 1,6-2,4mm IR Détection en amplitude et en phase signal éch.

  10. Montage expérimental Interférométrie spectrale c(2) 1,2-1,6mm Regen OPA 1,6-2,4mm IR ref. Spectromètre IR signal éch. Mesure du champs par interférométrie spectrale

  11. Montage expérimental Interférométrie spectrale c(2) 1,2-1,6mm Regen OPA 1,6-2,4mm IR Barrette de 64 pixels ref. Spectromètre IR signal éch. Mesure du champs par interférométrie spectrale

  12. Montage expérimental Spectrométrie IR par up-conversion Compresseur c(2) 1,2-1,6mm Spectromètre visible Regen OPA c(2) 1,6-2,4mm IR ref. signal Spectromètre visible éch. c(2) F Mesure du spectre infrarouge par chirped up-conversion

  13. Montage expérimental Tea-Spider Compresseur c(2) 1,2-1,6mm Regen OPA 1,6-2,4mm IR t ref. signal Spectromètre visible éch. c(2) F Mesure de l’amplitude et de la phase de l’impulsion de référence par TEA Spider K.F. Lee, K.J. Kubarych, A. Bonvalet, M. Joffre J. Opt. Soc. Am. B 25, A54-A62 (2008)

  14. Le contrôle de la phase Montage expérimental Carte 2D (w1,w3): Nécessité d’un contrôle interférométrique des délais t1 et t3 He:Ne t Mais: • Indétermination entre a et 2p-a • ambiguïté du signe • Imprécision près des extrémums

  15. Le contrôle de la phase… Montage expérimental …par interférences dans le domaine temporel He:Ne Générateur sinusoïdal 2 kHz PZT Mesure de la phase 32 kHz 1 kHz t

  16. Montage expérimental Le contrôle de la phase Oscillation de la cale piézoélectrique avec une amplitude l/4: Déphasage de p/2

  17. Montage expérimental Le contrôle de la phase Oscillation de la cale piézoélectrique avec une amplitude l/4: Déphasage de p/2

  18. Montage expérimental Le contrôle de la phase Comparaison avec une mesure par interférométrie spectrale He:Ne Générateur sinusoïdal 2 kHz PZT Mesure de la phase 32 kHz 1 kHz t Spectromètre

  19. Le contrôle de la phase Montage expérimental Comparaison avec une mesure par interférométrie spectrale: Mesure de la position lors de la translation du moteur (1.5 mm en 10 s) Erreur sur le délai mesuré avec HeNe Erreur sur le délai en utilisant le contrôleur du moteur x10 dx = 15 nm RMS

  20. Le contrôle de la phase Montage expérimental Phase control using interference fringes in time domain Comparaison avec une mesure par interférométrie spectrale: Avec le contrôleur du moteur

  21. Le contrôle de la phase Montage expérimental Phase control using interference fringes in time domain Comparaison avec une mesure par interférométrie spectrale: Avec la mesure du délai par He:Ne

  22. Spectre 2D de l’hémoglobine Résultats expérimentaux Spectre 2D de l’Hémoglobine-CO

  23. Conclusions • La spectroscopie 2D IR permet d’observer les interactions des modes vibrationnels et donc informe sur la dynamique structurale du système. • Nécessité de contrôler les délais: Mesure continue de la phase par interférence dans le domaine temporel. • Mesure du spectre 2D IR • de l’hémoglobine.

  24. K.F. Lee, K.J. Kubarych, A. Bonvalet, M. Joffre, J. Opt. Soc. Am. B 25, A54 (2008) K.F. Lee, A. Bonvalet, M. Joffre, Poster A6, CMDS 2008

  25. The issue of phase control in 2D spectroscopy spectrometer FTSI FFT Phase : Phase error :

  26. 2D spectroscopy using time-domain interferometry t2 t1 l/4 PZT HeNe 15-fs Ti:S sample HgCdTe GaAs or GaSe N. Belabas, M. Joffre, Opt. Lett. 27, 2043 (2002)

  27. Montage expérimental Le contrôle de la phase spectrometre FTSI FFT

  28. Réponse multidimensionnelle • La connaissance de détermine le résultat de toute expérience non-linéaire du troisième ordre : pompe-sonde, mélange à 4 ondes, écho de photon à 2 ou 3 impulsions, effet Kerr, etc. • est directement reliée à la réponse microscopique de l’échantillon,

  29. Référence Spectroscopie multidimensionnelle Transposition de la RMN impulsionnelle au domaine de l’optique non-linéaire t1 3 2 1 Spectromètre t2 • L. Lepetit et M. Joffre, Opt. Lett. 21, 564 (1996) • M.C. Asplund, M.T. Zanni et R.M. Hochstrasser, PNAS 97, 8129 (2000) • J.D. Hybl, A.Albrecht Ferro et D.M. Jonas, J. Chem. Phys. 115, 6606 (2001) • N. Belabas et M. Joffre, Opt. Lett. 27, 2043 (2002) • M. Cho, Chem. Rev. 108, 1331 (2008)

  30. The issue of phase control in 2D spectroscopy spectrometer FTSI FFT Phase : Phase error :

  31. Phase control using spectral interferometry L. Lepetit and M. Joffre, Opt. Lett. 21, 564 (1996)

  32. Spectroscopie 2D exemple Exemple : RDC (acetylacetonato dicarbonyl rhodium(I)) 0,2 1,1 Détection 2,0 0,1 1,0 0,0 Saturation d’absorption Absorption N. Demirdoven, M. Khalil, A. Tokmakoff Correlated vibrational dynamics revealed by two-dimensional infrared spectroscopy Phys. Rev. Lett. 89, 237401 (2002)

  33. Spectroscopie 2D exemple Exemple : RDC (acetylacetonato dicarbonyl rhodium(I)) 0,2 1,1 Détection 2,0 0,1 1,0 0,0 Anharmonicité Absorption N. Demirdoven, M. Khalil, A. Tokmakoff Correlated vibrational dynamics revealed by two-dimensional infrared spectroscopy Phys. Rev. Lett. 89, 237401 (2002)

  34. Spectroscopie 2D exemple Exemple : RDC (acetylacetonato dicarbonyl rhodium(I)) 0,2 1,1 Détection 2,0 0,1 1,0 0,0 Couplage entre deux modes vibrationnels Absorption N. Demirdoven, M. Khalil, A. Tokmakoff Correlated vibrational dynamics revealed by two-dimensional infrared spectroscopy Phys. Rev. Lett. 89, 237401 (2002)

  35. Spectroscopie 2D exemple Exemple : RDC (acetylacetonato dicarbonyl rhodium(I)) 0,2 1,1 Détection 2,0 0,1 1,0 0,0 Transitions vers les combinaisons Absorption N. Demirdoven, M. Khalil, A. Tokmakoff Correlated vibrational dynamics revealed by two-dimensional infrared spectroscopy Phys. Rev. Lett. 89, 237401 (2002)

More Related