Des mesures précises de l'intensité lumineuse fournissent des données vitales pour les scientifiques et les applications quotidiennes. Par exemple, des valeurs précises aident à optimiser les signaux de microscopie, à déclencher des processus physiologiques dans le cerveau et à déclencher des réactions d'absorption de la lumière tout en permettant à différentes équipes de recherche de partager et de reproduire des résultats expérimentaux.
"De nos jours, une vaste communauté de biologistes, chimistes, ingénieurs et physiciens se préoccupe de délivrer des nombres précis de photons", explique une équipe de recherche dont les travaux viennent d'être publiés dans Nature Methods. . À plus grande échelle, la précision est également essentielle pour les tâches critiques telles que la purification de l'eau et la photothérapeutique.
Cependant, la plupart des approches manquent de polyvalence et de convivialité. Par exemple, la plupart des méthodes ne peuvent pas quantifier simultanément l'intensité lumineuse et la distribution spatiale ou ne peuvent le faire que sur une plage limitée de longueurs d'onde et d'intensités lumineuses.
Pour fournir une alternative polyvalente aux limites des approches actuelles, l’équipe de recherche a développé deux protocoles complémentaires utilisant de nouveaux actinomètres :des systèmes physiques ou chimiques capables de quantifier les photons. Puisqu’il s’agit de solutions liquides, les actinomètres peuvent être utilisés dans des échantillons de différentes formes et tailles. Pourtant, la plupart ne sont pas très précis ou compatibles avec les systèmes d'imagerie et sont généralement limités à des longueurs d'onde et des intensités lumineuses spécifiques.
Pour surmonter ces limitations, l'équipe a utilisé des actinomètres basés sur la fluorescence, qui se sont révélés plus rapides, plus sensibles et capables de fournir des données plus accessibles aux systèmes d'imagerie.
Le premier protocole utilise cinq actinomètres moléculaires, couvrant tout le spectre de la lumière ultraviolette et visible, qui émettent des signaux fluorescents lorsqu'ils absorbent la lumière d'excitation que les chercheurs souhaitent mesurer. Sous certaines conditions, ce protocole peut également cartographier la répartition spatiale de l’intensité lumineuse. L'équipe a testé plusieurs types d'actinomètres, depuis les produits chimiques synthétiques pour les chimistes jusqu'aux protéines et organismes photosynthétiques pour les biologistes.
"Nous voulions rendre les actinomètres fluorescents accessibles à différentes communautés d'utilisateurs finaux", déclarent les chercheurs.
Le deuxième protocole complète les actinomètres fluorescents du premier, car du fait de leurs plages d'absorption lumineuse limitées, plusieurs actinomètres sont nécessaires pour couvrir toute la gamme de longueurs d'onde. Ce protocole utilise un fluorophore stable (un produit chimique capable de réémettre de la lumière lors d'une excitation lumineuse) pour recalculer l'intensité lumineuse d'une longueur d'onde à une autre.
"Ensemble, les deux nouveaux protocoles peuvent être utilisés dans des situations de faible luminosité, sur des périodes plus courtes et sur une gamme de longueurs d'onde plus large que les méthodes conventionnelles", affirme le groupe.
L'équipe de recherche a appliqué avec succès les protocoles pour caractériser la distribution spatiale de la lumière dans différents systèmes d'imagerie par fluorescence, démontrant ainsi leur polyvalence et leur précision. Les protocoles ont également été utilisés pour calibrer l'éclairage dans des instruments et des sources lumineuses disponibles dans le commerce.
Ces protocoles pourraient être appliqués en microscopie grand champ et confocale, permettant une mesure précise de l’intensité lumineuse dans des échantillons biologiques. L'équipe déclare :« Nous envisageons que [nos protocoles] amélioreront notre compréhension de la manière dont la lumière affecte la santé et la viabilité des échantillons biologiques. » Même des environnements complexes peuvent être étudiés, comme au sein de gels ou en profondeur dans les tissus, une caractéristique essentielle pour DREAM dans sa mission d'enregistrer la dynamique de régulation de la photosynthèse dans les microalgues ou les plantes.
L’introduction de ces méthodes d’actinométrie basées sur la fluorescence représente un pas en avant significatif dans la mesure précise de l’intensité lumineuse. Grâce à un accès en ligne aux propriétés des actinomètres et à des applications de traitement de données conviviales, les chercheurs et les ingénieurs devraient désormais être équipés pour mesurer avec précision l'intensité lumineuse et partager des données fiables et reproductibles entre les disciplines.
Plus d'informations : Aliénor Lahlou et al, Fluorescence pour mesurer l'intensité lumineuse, Nature Methods (2023). DOI :10.1038/s41592-023-02063-y
Informations sur le journal : Méthodes naturelles
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