Les molécules sont les éléments constitutifs de la vie. Comme tous les autres organismes, nous sommes faits d'eux. Ils contrôlent notre biorythme, et ils peuvent aussi refléter notre état de santé. Des chercheurs dirigés par Ferenc Krausz au Laboratoire de physique attoseconde (LAP) - une coentreprise entre Ludwig-Maximilians-Universität (LMU) et le Max Planck Institute for Quantum Optics (MPQ) à Munich - veulent utiliser la lumière infrarouge brillante pour étudier les molécules marqueurs de la maladie de manière beaucoup plus détaillée, par exemple pour faciliter le diagnostic précoce du cancer. L'équipe a développé une puissante source lumineuse femtoseconde qui émet à des longueurs d'onde comprises entre 1,6 et 10,2 micromètres. Cet instrument doit permettre de détecter des molécules organiques présentes à des concentrations extrêmement faibles dans le sang ou l'air aspiré.

Des myriades de molécules réagissent de manière très spécifique à la lumière de certaines longueurs d'onde dans la région de l'infrarouge moyen. En absorbant des longueurs d'onde particulières, chaque type de molécule dans un échantillon imprime une signature spécifique sur le faisceau transmis, qui sert d'empreinte moléculaire. Avec une source de lumière infrarouge moyen à large bande, on détecte les empreintes digitales de nombreuses structures moléculaires à la fois - dans un échantillon de sang ou d'air aspiré, par exemple. Si l'échantillon contient des molécules marqueurs associées à des états pathologiques spécifiques, ceux-ci aussi révéleront leur présence dans le spectre de la lumière infrarouge transmise.

Les physiciens du LAP ont maintenant construit une telle source lumineuse, qui couvre les longueurs d'onde comprises entre 1,6 et 10,2 microns. Le système laser présente une puissance de sortie moyenne au niveau du watt, et est bien focalisable, ce qui donne une source de lumière infrarouge très brillante. Cette caractéristique améliore la capacité de détecter les molécules présentes à des concentrations extrêmement faibles. En outre, le laser peut produire des trains d'impulsions femtosecondes, ce qui permet d'effectuer des mesures résolues en temps ainsi que des mesures à faible bruit et très précises.

Maintenant, la spectroscopie infrarouge est souvent basée sur l'utilisation de lumière incohérente, qui couvre l'ensemble de la région infrarouge moyen. Cependant, la brillance relativement faible du faisceau produit par des sources incohérentes réduit considérablement la capacité de détecter des empreintes moléculaires très faibles. Le rayonnement synchrotron produit dans les accélérateurs de particules peut également être utilisé, mais ces installations sont rares et extrêmement coûteuses. Cependant, les méthodes basées sur le laser peuvent générer des faisceaux encore plus brillants que les synchrotrons. Les physiciens du LAP ont maintenant réussi à construire une source de lumière cohérente qui produit une lumière laser brillante sur une large région spectrale dans la gamme infrarouge. C'était l'inconvénient majeur des sources laser. De plus, le nouveau système a un encombrement beaucoup plus réduit (et est beaucoup moins coûteux) qu'un synchrotron :il tient sur une grande table.

"Bien sûr, il reste encore un long chemin à parcourir avant de pouvoir diagnostiquer le cancer à un stade beaucoup plus précoce qu'aujourd'hui. Nous avons besoin d'une meilleure compréhension des marqueurs de la maladie et nous devons concevoir un moyen efficace de les quantifier, par exemple, " dit Marcus Seidel, l'un des chercheurs impliqués dans le projet. "Mais maintenant, ayant des sources lumineuses considérablement améliorées disponibles, nous pouvons commencer à nous attaquer à ces problèmes. le nouveau système laser trouvera des applications dans des domaines au-delà des biosciences. Après tout, l'observation précise des molécules et de leurs transformations est également au cœur de la chimie et de la physique.