Une imagerie en temps réel pour les vibrations moléculaires

Résultat scientifique
Photonique

La composition chimique d’un échantillon ne représente qu’une partie du tableau, l’organisation des molécules en son sein recèle aussi de précieux renseignements. Une équipe de chercheurs de l’Institut Fresnel et de l’Université de Laval au Québec a mis au point une technique d’imagerie qui permet, en plus de détecter les molécules, de déterminer leur organisation grâce à la manière dont elles vibrent. Elle cible précisément les différentes liaisons entre atomes et, dans le cadre médical, dévoile des perturbations d’origine pathologique. Ces travaux ont été publiés dans Nature Communications.

Cette méthode repose sur la technique CARS, dans laquelle deux lasers sont utilisés. Pour révéler chaque type de liaison chimique de l’échantillon, qu’il soit biologique ou cristallin, la différence d’énergie entre ces deux lasers doit être égale à l’énergie de la vibration de ces liaisons. L’opérateur peut alors les cibler selon celles qui lui sont les plus utiles et observer la nature chimique de l’échantillon.

Les chercheurs de l'Institut Fresnel (CNRS/Aix Marseille Université/Ecole centrale de Marseille) et de l’Université de Laval au Québec ont amélioré ce système en ajoutant une lame polarisante, de type quart d’onde, sur le trajet du laser incident et une autre sur celui de la lumière émise. La symétrie des liaisons apparaît alors en même temps que les informations précédentes. La brillance de l’image correspond à la densité des liaisons ciblées, tandis qu’une échelle de couleur renseigne sur l’orientation et l’organisation des vibrations. La matière émet elle-même la lumière, ce qui permet de se passer de marquage chimique.

Grâce à l’ajout de ces deux lames, les microscopes actuels peuvent être mis très facilement à niveau et pour un coût modeste. La technique n’est pas destructrice pour l’échantillon et l’imagerie est instantanée, ce qui pourrait en faire un outil fiable et rapide de diagnostic. Cette méthode permettrait, par exemple, d’observer la désorganisation de la gaine de myéline dans les cas de scléroses ou de leucodystrophies.

© J.Duboisset / Institut Fresnel

Imagerie des liaisons carbone-carbone de la myéline dans une coupe latérale de moelle épinière. Les structures circulaires correspondent aux gaines de myéline entourant les dendrites. La brillance de l’image correspond à la densité de liaisons carbone-carbone, l’échelle de couleur correspond à l’organisation des liaisons : en rouge les liaisons vibrant de manière isotrope, en bleu les liaisons vibrant de manière uni-directionnelle. Cette image est obtenue en une seule acquisition, sans marqueur fluorescent, et permet ainsi d’apporter une information structurelle sur l’organisation des molécules de l’échantillon (image de 30 × 30 µm).

Références :

C Cleff, A. Gasecka, P. Ferrand, H. Rigneault, S. Brasselet et J. Duboisset
Direct imaging of molecular symmetry by coherent anti-Stokes Raman scattering
Nature Communications 7, Article number: 11562 doi:10.1038/ncomms11562 (publié le 18 mai 2016)

Contact

Julien Duboisset
Chercheur
Communication INSIS