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Dispositifs photoniques en biophotonique

16-08-2021

Les dispositifs photoniques sont très utilisés en biophotonique et voici certains d'entre eux: capteurs, lasers et spectroscopes. De plus, le microscope a été un outil reconnu pour observer le matériel biologique pendant des siècles.

Les nouveaux développements en biophotonique augmentent l'observation détaillée et l'interaction de la lumière avec la matière biologique et sont utilisés en médecine pour traiter et pour créer des méthodes de traitement non invasives ou mini-invasives.

Tel que détaillé dans un article récent du Centre national de recherche canadien (CNRC), les applications de biodétection entraînent une augmentation de la demande de photodétecteurs à faible coût avec une couverture spectrale comprise entre 1 000 et 1 400 nm. Récemment, la sensibilité des dispositifs à base de points quantiques colloïdaux Ag₂Se couvrant cette gamme de longueurs d'onde a été observée. Dans l'article intitulé "Photodétecteurs Near-infrared-II basés sur des points quantiques de séléniure d'argent sur des échafaudages mésoporeux TiO₂", ils ont fait la première démonstration d'un dispositif de photodiode Ag₂Se avec une sensibilité dans toute cette plage. Les résultats démontrent que les points quantiques colloïdaux Ag₂Se offrent une voie à faible toxicité pour la fabrication à faible coût de photodétecteurs dans le proche infrarouge.

Dans l'article publié dans le magazine de juillet/août de BioPhotonics intitulé "Quantum Cascade Lasers Boost Life Science Research", les auteurs présentent l'utilisation et l'histoire des « Quantum Cascade Lasers » (QCL) en se concentrant sur l'imagerie QCL infrarouge moyen qui aide les spectroscopistes à analyser des coupes de tissue et effectuer une analyse de drogue. Il permet également une surveillance de la glycémie en temps réel.

«Malgré ces réalisations remarquables et ces contributions considérables aux sciences de la vie et à la médecine, il existe des défis importants et des opportunités passionnantes en biophotonique. Par leur nature, la profondeur de pénétration optique dans les matériaux biologiques reste limitée à quelques centimètres. De plus, une profondeur de pénétration optique accrue s'accompagne d'une résolution spatiale réduite. Les méthodologies qui peuvent permettre une profondeur de pénétration et une résolution spatiale accrues auraient un grand impact dans les applications photo-thérapeutiques et d'imagerie optique. Les mesures in vivo des propriétés optiques peuvent conduire au développement de diagnostiques en temps réel, de thérapies guidées et à l'évaluation d'interventions thérapeutiques. La détection moléculaire multiplexée et le développement de nouvelles sondes pouvant fournir une sensibilité et une spécificité élevées représentent un autre domaine pour des développements ultérieurs. Des dispositifs compacts et miniatures, et des capteurs portables et implantables seraient d'une immense valeur pour leur utilisation à domicile, et dans les lieux de soins où les ressources sont limitées. » Cite Bahman Anvari de l'Université de Californie, Riverside , l'auteur de l'article de « Grands défis et opportunités en biophotonique.

Il poursuit en disant : " La pandémie actuelle de COVID-19 illustre le besoin de dispositifs pratiques, peu coûteux et faciles à utiliser qui peuvent fournir des diagnostiques rapides et précis. Les technologies théranostiques basées sur la lumière intégrées au profilage moléculaire et génomique fourniraient des capacités de détection/diagnostic/imagerie et thérapeutique combinées sur une base personnalisée. Les technologies photoniques joueront un rôle important dans le criblage de médicaments à haut débit, le suivi in ​​vivo de la bio distribution des médicaments et le contrôle de la libération de médicaments. Une meilleure compréhension de la réponse immunitaire à la lumière et du rôle de diverses cellules inflammatoires et biomolécules de signalisation peut conduire au développement de méthodes photo-thérapeutiques plus efficaces. Les progrès de l'intelligence artificielle, y compris l'apprentissage automatique, l'exploration de données, l'analyse des mégadonnées et la puissance de calcul, offrent des opportunités d'interactions et d'intégrations plus étroites avec la biophotonique vers des identifications automatisées de caractéristiques et de modèles qui pourraient autrement ne pas être possibles. De telles interactions seront également de plus en plus utiles pour des applications dans la surveillance environnementale, y compris l'évaluation du changement climatique et de la vie marine, et dans la surveillance alimentaire et de l'agriculture pour la détection d'agents pathogènes et de toxines ainsi que l'évaluation du sol et de la végétation.", et on ne pourrait pas être plus d'accord avec l'image dépeinte de l'utilisation de dispositifs photoniques en biophotonique.

Lien:

Near-ifrared-II photodetectors based on silver selenide quantum dots on mesoporous TiO₂ scaffolds - Archives des publications du CNRC - Canada.ca

Quantum Cascade Lasers Boost Life Science Research | Features | Jul/Aug 2021 | BioPhotonics

(PDF) Grand Challenges and Opportunities in Biophotonics (researchgate.net)