Des scientifiques de l'université de St Andrews ont créé les premiers échantillons de matériaux organiques capables d'absorber simultanément deux photons et d'émettre une lumière à polarisation circulaire. Cette rare combinaison de propriétés promet une révolution dans l'exploration en profondeur des tissus biologiques.
Les colorants ordinaires utilisés en microscopie de fluorescence se dispersent rapidement dans l'épaisseur du tissu, et le signal s'atténue dès quelques centaines de micromètres de profondeur. Les nouvelles molécules chirales de la classe des matériaux à fluorescence retardée thermiquement activée à résonance multiple (MR-TADF) se comportent autrement : elles absorbent d'un coup deux photons de lumière infrarouge, puis émettent une lumière visible dotée d'une polarisation bien définie.
Imaginez une lampe torche qui projette non pas un, mais deux faisceaux à la fois et qui, en outre, « se souvient » du sens dans lequel la lumière est vrillée. C'est exactement ainsi que fonctionnent ces composés. La chiralité des molécules — leur dissymétrie en miroir — contraint la lumière émise à tourner principalement dans un seul sens, ce qui permet de filtrer le bruit et d'obtenir une image plus nette.
L'absorption à deux photons est déjà utilisée en médecine : la lumière infrarouge pénètre plus profondément que la lumière visible et endommage moins les tissus. L'ajout d'une luminescence à polarisation circulaire rend le signal encore plus informatif — les chercheurs pourront distinguer des structures qui, auparavant, se fondaient en une masse floue indistincte.
Les travaux, publiés dans Nature Communications, ont été réalisés par l'équipe du professeur Eli Zysman-Colman en collaboration avec des collègues de l'université de Durham. Il s'agit encore d'échantillons de laboratoire, mais d'ores et déjà il apparaît clairement que de tels matériaux pourraient servir de base à des méthodes non invasives d'imagerie des tumeurs, des vaisseaux et des fibres nerveuses à plusieurs millimètres de profondeur.
À terme, les médecins pourront obtenir des images tridimensionnelles des organes internes sans rayons X ni champs magnétiques puissants, et les biologistes observer les processus vivants en temps réel à l'intérieur d'un organisme entier. Un seul matériau résout deux problèmes à la fois : la pénétration en profondeur et un signal polarisé à haut contraste.
Les chercheurs ont déjà commencé à tester les nouveaux composés en milieu biologique.
