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Posté par Michel le Mercredi 04/12/2013 à 00:00
Décupler notre vision de l'infiniment petit

Cartographie de l'intensité du signal Raman superposé à une image d'un microscope électronique à balayage
Richard Martel et son équipe de recherche du Département de chimie de l'Université de Montréal ont découvert une méthode pour affiner la détection de l'infiniment petit. Leur découverte est présentée dans le numéro en ligne du 24 novembre de la revue Nature Photonics.

Grâce à l'alignement de molécules de colorants encapsulées dans un nanotube (Le nanotube est une structure cristalline particulière, de forme tubulaire, creuse et close, composée d'atomes disposés régulièrement en...) de carbone (Le carbone est un élément chimique de la famille des cristallogènes, de symbole C, de numéro atomique 6 et de masse atomique 12,0107.), les chercheurs ont réussi à amplifier le signal ( Termes généraux Un signal est un message simplifié et généralement codé. Il existe sous forme d'objets ayant des formes particulières....) Raman jusqu'ici pas assez puissant de ces colorants pour permettre leur détection. L'article présente les données expérimentales d'une diffusion (Dans le langage courant, le terme diffusion fait référence à une notion de « distribution », de « mise à disposition »...) extraordinaire de lumière visible sur une particule de taille nanométrique.

«La diffusion Raman contient de l'information sur les modes de vibration des molécules, ce qui équivaut à relever leurs empreintes digitales. C'est un peu comme un code à barres, explique le professeur de renommée internationale. Le signal Raman est propre à chaque molécule et donc très utile pour la repérer.»

Le mode de diffusion Raman est un phénomène optique (L'optique est la branche de la physique qui traite de la lumière, du rayonnement électromagnétique et de ses relations avec la vision.) mis au jour (Le jour ou la journée est l'intervalle qui sépare le lever du coucher du Soleil ; c'est la période entre deux nuits, pendant laquelle les rayons du Soleil...) en 1928 par le physicien (Un physicien est un scientifique qui étudie le champ de la physique, c'est-à-dire la science analysant les constituants fondamentaux de l'univers et les forces qui les relient. Le mot physicien dérive du grec, qui...) Chandrashekhara Venkata Râman. L'effet consiste en la diffusion inélastique d'un photon (En physique des particules, le photon est la particule élémentaire médiatrice de l'interaction électromagnétique. Autrement dit, lorsque deux particules...), c'est-à-dire le phénomène physique (La physique (du grec φυσις, la nature) est étymologiquement la « science de la nature ». Dans un sens général et ancien, la physique...) par lequel un milieu peut modifier la fréquence de la lumière qui y circule. Ce décalage correspond à un échange d'énergie (longueur d'onde) entre le rayon lumineux et le milieu. Ainsi, la lumière diffusée n'a pas la même longueur (La longueur d’un objet est la distance entre ses deux extrémités les plus éloignées. Lorsque l’objet est filiforme ou en forme de lacet, sa longueur est celle de l’objet complètement...) d'onde (Une onde est la propagation d'une perturbation produisant sur son passage une variation réversible des propriétés physiques locales. Elle transporte de l'énergie sans transporter de matière. Une onde...) que la lumière incidente. Cette technique s'est largement répandue depuis l'apparition du laser (Un laser est un appareil émettant de la lumière (rayonnement électromagnétique) amplifiée par émission stimulée. Le terme laser provient de l'acronyme anglo-américain...) dans l'industrie et le milieu de la recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue de produire et de développer les connaissances...).


Illustration de molécules de sexithiophène (colorant) encapsulées dans un nanotube de carbone
Mais jusqu'à ce jour, le signal Raman des molécules était trop faible pour répondre efficacement aux besoins en imagerie (L’imagerie consiste d'abord en la fabrication et le commerce des images physiques qui représentent des êtres ou des choses. La fabrication se faisait jadis soit à la main, soit par impression mécanique ; elle se...) optique. Les chercheurs avaient donc recours à d'autres techniques optiques plus sensibles mais moins précises, car elles ne possèdent pas de «code à barres». «Il est toutefois possible techniquement de voir les signaux Raman avec un spectromètre lorsque la concentration des molécules est assez élevée, indique M. Martel. Mais cela limite les applications du Raman.»

Ce que l'équipe de Richard Martel a découvert, c'est que la diffusion Raman d'une particule colorant-nanotube est si grande qu'une seule particule de ce type peut être localisée et identifiée. Il suffit d'employer un lecteur optique capable de détecter cette particule et de déterminer son spectre vibrationnel.

«En intégrant ce type de nanoparticules dans un objet (De manière générale, le mot objet (du latin objectum, 1361) désigne une entité définie dans un espace à trois dimensions,...), on peut assurer une traçabilité à toute épreuve, résume M. Martel. Grâce à leur structure unique, les nanotubes de carbone, qui sont des conducteurs électriques, peuvent servir de contenants à diverses molécules. Associés à un colorant (Un colorant est une substance utilisée pour apporter une couleur à un objet à teinter.), ils forment des nanotraceurs qui permettent de complexifier et de décupler la force (Le mot force peut désigner un pouvoir mécanique sur les choses, et aussi, métaphoriquement, un pouvoir de la volonté ou encore une vertu morale...) du signal Raman obtenu.»

Traceurs moléculaires

Composé d'une centaine de molécules colorées et alignées dans le cylindre (Un cylindre est une surface dans l'espace définie par une droite (d), appelée génératrice, passant par un point variable décrivant une courbe plane fermée (c), appelée courbe...), le nanotraceur est 50 000 fois plus petit qu'un cheveu. Il mesure environ un nanomètre de diamètre et 500 de long. Et pourtant les particules colorées encapsulées dans le nanotube de carbone donnent un signal Raman un million (Un million (1 000 000) est l'entier naturel qui suit neuf cent quatre-vingt-dix-neuf mille neuf cent quatre-vingt-dix-neuf (999 999) et qui précède un million un (1 000 001). Il vaut un...) de fois plus intense que celui des autres molécules autour (Autour est le nom que la nomenclature aviaire en langue française (mise à jour) donne à 31 espèces d'oiseaux qui, soit appartiennent au genre...) de l'objet.


Richard Martel
Selon le professeur Martel, les applications pouvant découler de cette découverte sont nombreuses. En médecine, ces nanotraceurs pourraient conduire à des diagnostics plus précis et à des traitements plus efficaces en s'agrippant à la surface (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a plusieurs acceptions, parfois objet géométrique, parfois frontière physique, et est souvent abusivement confondu...) des cellules malades. Ces marqueurs modifiés spécifiquement pourraient en effet être greffés sur des bactéries, voire des protéines, ce qui permettrait de les repérer simplement.

On peut aussi imaginer un douanier qui scannerait notre passeport avec un mode Raman multispectral (aux signaux multiples). Ces nanotraceurs pourraient également être utilisés dans les encres des billets de banque, rendant la contrefaçon presque impossible.

La beauté de la chose, affirme Richard Martel, c'est que le phénomène est général et plusieurs types de colorants peuvent servir à la fabrication des nanotraceurs, dont les «codes à barres» sont tous différents. «On a fabriqué jusqu'ici plus de 10 traceurs et il semble qu'il n'y a pas de limite, dit-il. On pourrait donc en principe créer autant de nanotraceurs qu'il y a de bactéries et utiliser ce principe pour les déceler avec un microscope fonctionnant en mode Raman.»

Outre Richard Martel, E. Gaufrès, N. Y.-Wa Tang, F. Lapointe, J. Cabana, M.-A. Nadon, N. Cottenye, F. Raymond, tous de l'Université de Montréal, ainsi que T. Szkopek, de l'Université McGill, ont contribué à cette découverte.

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Source: Dominique Nancy - Université de Montréal - (Images fournies par M. Martel)
 
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