03/09/2012 - Développements lasers pour applications en biomédecine

Menéame

Les scientifiques ont obtenu pour la première fois une émission efficace et durable de lumière laser rouge grâce à l’incorporation de deux molécules colorantes qui se présentent confinées dans nanoparticules de latex Dispersés dans l’eau. La longueur d’onde de la lumière rouge est essentielle pour la thérapie photodynamique, avec des utilisations, par exemple, en ophtalmologie et dermatologie.

Cette discipline, basée sur la création d’images, la détection, l’analyse et la manipulation de systèmes biologiques par la lumière, a des applications dans des domaines aussi divers que la médecine, l’agriculture ou les sciences de l’environnement. Le travail est publié dans le magazine Nature Photonics.

"L’utilisation, en biomédecine, d’émetteurs de lumière rouge, d’une longueur d’onde supérieure à 650 nanomètres, présente certains avantages car les tissus biologiques y sont plus transparents et la lumière peut approfondir, ce qui facilite leur utilisation en chirurgie et en thérapie photodynamique, basée sur l’activation par la lumière des médicaments ingérés," explique le chercheur du CSIC Luis Cerdan, qui travaille à l’Institut de chimie physique Rocasolano, et qui appartient au groupe qui a réalisé la caractérisation laser et l’étude théorique.

Jusqu'à présent, l’utilisation de colorants commerciaux pour ces applications était limitée par le peu de lumière d’excitation qu’ils absorbent, un inconvénient qui réduit leur efficacité. D’autre part, les colorants sont souvent facilement endommagés lorsqu'ils sont excités, ce qui réduit leur utilité technologique et augmente le coût économique.

Pour résoudre ces problèmes, les scientifiques ont décidé de recourir à un processus de transfert d’énergie connu sous le nom de Förster Resonance Energy Transfer (FRET), basé sur l’incorporation de deux colorants: l’un donateur, capable d’absorber efficacement l’excitation et qui est à peine endommagé, et l’autre orateur, qui émet la lumière après avoir reçu l’énergie du premier.

"Nous employons les colorants Rhodamine 6G comme donneur et Bleu de Nil comme accessoire. Pour assurer la proximité des colorants, et donc une plus grande efficacité, nous les confinons en nanoparticules polymères de 50 nanomètres de diamètre dispersés dans l’eau," détaille le chercheur de l’Université Complutense de Madrid Eduardo Enciso, qui a réalisé la synthèse des nanoparticules et collaboré à l’analyse théorique. Selon ce scientifique, l’intégration des colorants dans ces structures réduit les processus qui dégradent leurs molécules après avoir été excitées par la lumière, une situation "particulièrement grave " dans les colorants à émission rouge, ce qui évite en outre la perte de leurs propriétés d’émission et multiplie par huit leur durée de vie utile.

Ce nouveau matériau laser élimine la nécessité d’utiliser de grands volumes de solvants organiques, la plupart toxiques

La caractérisation photophysique a permis d’étudier le processus de transfert d’énergie dans le système, qui se produit très rapidement, au-dessous de 500 picosecond (une picose seconde est le billonième partie d’une seconde). Selon les chercheurs Jorge Bañuelos et Iñigo López Arbelloa, qui ont mené cette partie de la recherche à la Faculté de Science et Technologie de l’Université du Pays Basque, "le mécanisme de transfert d’énergie est très complexe, il se produit principalement par l’interaction des dipoles électriques des colorants donateurs et des acepteurs et se produit à une distance moyenne de trois nanomètres."

Les chercheurs soulignent que ce nouveau matériel laser élimine la nécessité d’utiliser de grands volumes de solvants organiques, la plupart toxiques et cancérigènes, qui exige l’utilisation conventionnelle de ces colorants en solution, évitant ainsi la production de déchets nocifs pour la santé et l’environnement.

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Référence bibliographique:

Luis Cerdán, Eduardo Enciso, Virginia Martín, Jorge Bañuelos, Iñigo López-Arbeloa, Ángel Costela, e Inmaculada García-Moreno. "FRET-assisted laser emission in colloidal suspensions of dye-doped latex nanoparticles". Nature Photonics. DOI: 10.1038/nphoton.2012.201.

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