Les codes-barres optiques permettent la détection et le suivi via des empreintes spectrales uniques. Ils ont été largement appliqués dans des domaines allant des essais biologiques multiplexés et du marquage cellulaire à la lutte contre la contrefaçon et la sécurité. Yu-Cheng Chen du Bio+Intelligent Photonics Laboratory de l'Université technologique de Nanyang note que le concept de codes-barres optiques fait généralement référence à un schéma spectral fixe correspondant à une seule cible.

« Les codes-barres optiques n'avaient pas la capacité de caractériser les changements dynamiques en réponse aux analytes au fil du temps, " dit Chen. Grâce aux recherches de Chen, c'est sur le point de changer.

Le groupe de Chen a récemment développé des codes-barres dynamiques biosensibles, introduisant le concept de transfert d'énergie de résonance à l'interface de la microcavité. Comme indiqué dans Photonique avancée , l'équipe a fait une démonstration expérimentale du code-barres pour détecter des molécules dans une gouttelette. L'énergie radiative d'une seule microgouttelette est transférée aux biomolécules de liaison, convertir les informations biomoléculaires dynamiques en plus de milliers de milliards de codes-barres photoniques distinctifs.

Transfert d'énergie radiative amélioré par la cavité

Le système est basé sur un résonateur en mode galerie de chuchotement (WGMR). La majorité des WGMR sont classés comme passifs. En tant que tel, ils nécessitent un couplage d'ondes évanescentes et fonctionnent sur la base de changements de mode induits par des perturbations. "En revanche, " explique Chen, "Les résonateurs actifs qui utilisent l'analyte comme moyen de gain peuvent prendre en charge l'excitation et la collecte en espace libre pour acquérir plus d'informations biologiques à partir des signaux d'émission."

Selon Chen, le problème lorsqu'on considère la détection moléculaire est le facteur d'occupation de mode de l'analyte à l'extérieur de la cavité :il n'est qu'à quelques dixièmes de celui à l'intérieur de la cavité, conduisant à un facteur Q effectif réduit et à un rapport signal/bruit insatisfaisant. Le concept de transfert d'énergie résonnant sépare les molécules donneuses et les molécules acceptrices à l'interface de la cavité, où se produit le transfert d'énergie radiative. Le transfert d'énergie radiative s'accompagne d'un rayonnement électromagnétique (contrairement au transfert d'énergie de résonance de fluorescence non radiatif conventionnel, connu sous le nom de FRET). A cause de ce rayonnement, le transfert d'énergie peut se produire même dans des situations où le donneur et l'accepteur sont séparés.

"En présence de mécanismes à cavité améliorée, un transfert d'énergie efficace et un couplage entre les donneurs et les accepteurs peuvent conduire à une amélioration des interactions lumière-matière et du rapport signal/bruit, " dit Chen.

Le système développé profite d'un effet par lequel la concentration élevée de colorant (donneur) à l'intérieur de la microgouttelette déclenche un transfert d'énergie amélioré par la cavité pour exciter les molécules (accepteur) attachées à l'interface de la cavité.

"Lorsque les biomolécules se lient à l'interface de la cavité, le nombre de molécules de liaison modifie la quantité de transfert d'énergie, résultant en des pics d'émission de fluorescence modulés distinctifs, ", explique Chen. Le codage à barres spectral dynamique a été obtenu grâce à une amélioration significative du rapport signal sur bruit lors de la liaison aux molécules cibles.

Selon les auteurs, ce système de codage biomoléculaire éclaire une balise pour l'interaction intermoléculaire en temps réel et peut considérablement augmenter la complexité d'un système de codage. Ils pensent que le concept peut être largement appliqué dans de nombreuses applications de biodétection et de cryptage optique.