Cache-cache avec la lumière dans les biomatériaux

Les biophysiciens savent depuis longtemps que la fourrure de l'ours polaire ainsi que d'autres matériaux biologiques possédant une microstructure régulière sont capables de guider la lumière, mais ils ont toujours assimilé le phénomène à un effet de type fibre optique. Des physiciens allemands viennent cependant de montrer que ce guidage de la lumière dans l'ivoire des dents est dû à la diffraction de la lumière. Les chercheurs pensent que cette conclusion pourrait également s'appliquer à d'autres matières biologiques et incitent les scientifiques à réétudier tous les effets de guidage de la lumière observés dans la nature.


Alwin Kienle et Raimund Hibst de l'université d'Ulm sont arrivés à cette conclusion étonnante que la lumière pouvait être guidée par la diffraction en étudiant comment une lumière laser se disperse à travers les faces de cubes de dentine (ivoire des dents) dont l'épaisseur variait de 20 microns à 1 millimètre. A l'aide d'un microscope optique, les chercheurs ont observé que la plus grande partie de la lumière était retransmise sur une des faces perpendiculaires à la face d'entrée; les autres faces ne recevant que très peu de lumière.

Selon l'équipe, cette propagation anisotrope de la lumière est provoquée par des diffractions multiples dues à la microstructure de l'ivoire, qui se compose de "tubules", canaux cylindriques qui s'étendent depuis la pulpe jusqu'à la jonction émail-ivoire de la dent. L'équipe a confirmé ce résultat en étudiant précisément le parcours de la lumière en utilisant un appareil-photo CCD et en comparant ces mesures à des simulations sur ordinateur de la propagation de la lumière à travers l'ivoire.


"Ce phénomène de guidage pourrait être fondamental pour certaines applications diagnostiques et thérapeutiques de la lumière dans le domaine médical parce que de nombreux tissus présentent une microstructure semblable à celle de l'ivoire des dents ; par exemple, le muscle, la peau, le tendon, l'os, l'émail et certains ligaments oblongs et cylindriques", explique Kienle. Le chercheur pense également que cet effet pourrait être observé dans des matières biologiques autres que les tissus humains. Par exemple, la nature aurait pu l'employer comme une méthode "peu coûteuse" pour recueillir la lumière dans les graines, les feuilles, au sein des végétaux. Kienle pense que le phénomène pourrait même être utilisé en technologie pour orienter la lumière du soleil et pour développer l'énergie solaire.