Le rayonnement à des fréquences térahertz (longueurs d'onde comprises entre 0,03 et 0,3 mm) peut être utilisé avec succès pour analyser la dynamique structurelle de l'eau et des biomolécules. Mais appliquer la technique aux solutions aqueuses et aux tissus reste un défi, puisque le rayonnement térahertz (THz) est fortement absorbé par l'eau. Si cette absorption permet certaines analyses, tels que la structure de l'eau et ses interactions avec les solutés biologiques, il limite l'épaisseur des échantillons analysables, et il noie les signaux plus faibles des biomolécules d'intérêt. La forte absorption du rayonnement THz dans l'eau a présenté un goulot d'étranglement empêchant le rayonnement THz de révéler des processus biophysiques et biochimiques en profondeur dans les tissus.

Pour surmonter ces limites, une équipe de recherche dirigée par Zhen Tian et Jiao Li à l'Université de Tianjin a récemment développé une méthode d'analyse d'échantillons riches en eau via l'optoacoustique THz dans le domaine temporel. Comme indiqué dans Photonique avancée , le nouveau système permet la détection optoacoustique THz dans le domaine temporel d'échantillons riches en eau, tels que les solutions aqueuses et les tissus. Le signal optoacoustique de l'eau peut être atténué en modifiant la température pour permettre la détection sensible d'autres molécules d'intérêt.

Détection et amortissement d'eau basés sur l'optoacoustique THz

L'optoacoustique THz dans le domaine temporel démontrée est une percée qui permet une détection précise et non destructive des signaux optoacoustiques dans des échantillons riches en eau sur une épaisseur de 104 fois, allant du micron au centimètre (102 fois plus grand que les méthodes de détection THz traditionnelles telles que la spectroscopie THz dans le domaine temporel). L'équipe a réussi à obtenir les signaux optoacoustiques THz dans le domaine temporel de l'eau dans différents échantillons de fantômes gélosés dans l'eau, bio-tissus, et des solutions aqueuses avec différents solutés.

En ajustant la température pour modifier le signal optoacoustique THz de l'eau, ils ont amélioré la sensibilité avec laquelle il peut être analysé. Inversement, le signal de l'eau peut être réduit ou même réduit au silence.

Les avantages biomédicaux sont clairs. Selon les auteurs, "En manipulant les signaux optoacoustiques THz d'un fond aqueux, nous pouvons atteindre une sensibilité améliorée de manière unique pour la quantification des ions sans marqueur, dans des concentrations atteignant les niveaux dans le corps humain. » La méthode rapportée atteint une sensibilité d'un ordre de grandeur supérieure à celle des systèmes de spectroscopie THz disponibles dans le commerce.

Outil puissant pour la spectroscopie

Les auteurs notent que cette nouvelle méthode optoacoustique THz peut être étendue à l'étude d'autres molécules et tissus biologiques, comme les sucres, protéines, ADN, et ARN. Des paramètres de température et de concentration supplémentaires liés à la fois à l'absorption THz et à la propagation des ultrasons peuvent être fournis par l'optoacoustique THz dans le domaine temporel, contribuer potentiellement aux études des propriétés biologiques et chimiques, tels que le nombre d'hydratation des solutions d'ions.

Un nouvel outil puissant pour la spectroscopie, L'optoacoustique THz ouvre des possibilités d'imagerie de solutions aqueuses et de tissus pour étudier les interactions moléculaires et les processus biochimiques. Zhen Tian dit, « Nous visons à inspirer la recherche à long terme en spectroscopie et imagerie THz afin d'exploiter la biophysique, de construction, et des informations fonctionnelles qui ne peuvent pas être obtenues en utilisant le rayonnement d'autres fréquences."

Lire l'article de recherche en libre accès de Jiao Li et al, "Optoacoustique térahertz dans le domaine temporel :détection et amortissement de l'eau manipulables."