Les photons associent leur énergie pour améliorer l’imagerie

Résultats scientifiques Instruments et analyse

Une avancée majeure dans l’étude de la luminescence pour la détection et le diagnostic a été réalisée avec la première observation mondiale du phénomène de conversion photonique ascendante dans de l’eau à l’échelle moléculaire. Ces travaux impliquent des chercheurs de l’Institut pluridisciplinaire Hubert Curien (CNRS/Université de Strasbourg), du Laboratoire de bioimagerie et pathologies (CNRS/Université de Strasbourg) et de l’Institut des sciences chimiques de Rennes (CNRS/INSA Rennes/ENSC Rennes/Université Rennes 1) et sont publiés dans le Journal of the American Chemical Society.

Le domaine médical utilise des composés luminescents à des fins de diagnostic ou d’imagerie. Généralement, ces atomes absorbent l’énergie de photons et la restituent en photons de plus basse énergie. Cependant, la présence de composés naturellement fluorescents dans tous les milieux biologiques, tels que certains acide aminés ou des porphyrines, parasite le signal lumineux émis lors de tests. D’autres approches, développées afin de travailler plus profondément dans les tissus, peuvent remédier à ce problème. C’est le cas de la conversion photonique ascendante (upconversion) qui, à l’inverse, permet de cumuler plusieurs photons de basse énergie (infrarouge) avant de restituer un photon de plus haute énergie (dans le visible). Le signal émis provient alors uniquement de la molécule à l’origine de ce phénomène. Pour la première fois au monde, une recherche portée par l’Institut pluridisciplinaire Hubert Curien (CNRS/Université de Strasbourg) a observé l’upconversion dans de l’eau à l’échelle moléculaire.

Pour cela, les chercheurs ont synthétisé un assemblage ingénieux de donneurs de photons émettant dans l’infrarouge protégés par des ligands. Ceux-ci transfèrent leur énergie à un atome métallique central émettant ensuite dans le visible. Dessiné telle une pieuvre, le ligand s’enroule autour du métal et le protège des molécules d’eau qui l’entourent. Sans cette protection, les vibrations des groupements hydroxyle de l’eau piégeraient la luminescence émise par l’atome métallique. En augmentant le nombre d’atomes donneurs de photons autour de l’accepteur métallique, les chances d’observer la luminescence par conversion photonique ascendante augmentent. Cette observation dans de l’eau marque une étape incontournable avant de pouvoir observer ce même phénomène dans des milieux biologiques. À terme, ces résultats pourront bénéficier à des applications dans des systèmes in vitro pour la détection des biomarqueurs cancéreux ou d’autres pathologies.

Références

Aline Nonat, Sylvana Bahamyirou, Alexandre Lecointre, Frédéric Przybilla, Yves Mély, Carlos Platas-Iglesias, Franck Camerel, Olivier Jeannin and Loïc J. Charbonnière
Molecular Upconversion in Water in Heteropolynuclear Supramolecular Tb/Yb Assemblies
Journal of the American Chemical Society - Janvier 2019
DOI: 10.1021/jacs.8b10932

Contact

Loïc Charbonnière
Chercheur (UMR7178 Institut Pluridisciplinaire Hubert Curien)
Christophe Cartier dit Moulin
INC & Institut parisien de chimie moléculaire
Stéphanie Younès
Responsable Communication
Sophie Félix
Chargée de communication