Université de Franche-Comté

Microsystème intégré pour la mesure des temps de déclin de fluorescence. Application au diagnostic des cellules cancéreuses

L’imagerie de fluorescence combine l’information morphologique et l’information spectroscopique. Les techniques fondées sur les mesures d’intensité de fluorescence sont très sensibles à la lumière parasite et à la fluorescence de l’environnement de la zone étudiée. La mesure du temps de déclin de fluorescence est un moyen plus efficace d’acquérir une information résolue spatialement en s’affranchissant largement de ces difficultés.

•  Le laboratoire d’Optique de l’université de Franche-Comté a réalisé un capteur embarquable de 8 mm de diamètre pour la mesure de la fluorescence de la protoporphyrine produite par les mélanomes (cancer de la peau). Actuellement la mesure et la détection du cancer de la peau se font à l’échelle macroscopique. La sonde réalisée permet d’effectuer, d’une part des mesures du temps de déclin et de l’intensité du signal de la fluorescence à l’échelle de la cellule in vivo, d’autre part une photothérapie (à l’échelle de la cellule) par radiation appropriée. La première application de cette sonde a porté sur la réalisation d’un prototype de 25 mm de diamètre pour la détection des cellules malignes de la peau. Cet instrument présente une résolution spatiale de 5 œm sur un champ circulaire de 8 mm de diamètre.

•  Cette sonde est associée à une diode laser de 405 nm de longueur d’onde, ce qui permet de déceler la présence d’une quantité anormale de protoporphyrine au niveau d’une cellule de la peau. La détection précoce du cancer est ainsi possible. La sonde offre, en outre, la possibilité de détruire ces cellules par radiation UV.

•  Cette recherche a conduit l’équipe à mettre au point un système de mesure des temps de déclin de fluorescence variables et courts (quelques pico-secondes). Elle s’est intéressée à une méthode utilisant un processus non linéaire qui permet d’obtenir une réponse proportionnelle au produit de deux champs optiques incidents. Ces derniers sont constitués par une impulsion de fluorescence qui se propage dans un interféromètre à deux ondes. La différence de marche de l’interféromètre est ajustable, et le détecteur optique placé en aval du système non linéaire présente une bande passante réduite. Il en résulte que l’intensité détectée est directement proportionnelle à la fonction d’autocorrélation des impulsions de fluorescence. La fonction d’autocorrélation peut donc être calculée pour chaque retard optique introduit par l’interféromètre. La définition temporelle avec laquelle la mesure est réalisée est donnée par la finesse avec laquelle le retard optique est contrôlé.

•  Il est donc possible de mesurer des fonctions d’autocorrélations pour des impulsions de durées très variables et ce, sans changer de détecteur puisque la bande passante de ce dernier n’intervient pas dans la mesure. Ensuite, un algorithme approprié permet de remonter au temps de déclin proprement dit. Pour les temps de déclin très courts (jusqu’à 2 ps environ), il est prévu d’utiliser une série d’interféromètres intégrés accordables. Ces interféromètres sont accordables et conçus de telle sorte que leurs différences de marche respectives soient complémentaires. Toute la gamme de la fonction d’autocorrection des impulsions très courtes peut alors être couverte. Pour les temps de déclin plus longs (jusqu’à 200 ps), il faudra utiliser un micro-interféromètre de MICHELSON accordable à l’aide de moteurs pas à pas et de dispositifs piézoélectriques. Pour des temps de déclin encore plus longs, un détecteur rapide suffira à effectuer la mesure sans avoir recours à l’autocorrélation.

•  L’intérêt de cette nouvelle sonde réside dans la possibilité de distinguer la nature maligne ou bénigne d’une lésion pigmentaire de manière non invasive, avec une très bonne résolution spatiale. Elle se présente comme un outil complémentaire de la photothérapie dynamique.

•  Ce travail a été développé en collaboration avec le professeur Philippe Humbert, responsable du service de Dermatologie du CHU de Besançon et a donné lieu à un transfert de technologie avec la mise au point d’une sonde intégrée réalisée en collaboration avec la Société DÉVELOPPEMENT APPLICATION à Rioz (70). Cette société a conçu un scanner (micromécanique) qui assure le déplacement de la sonde sur une surface de 64 mm2.

 

Tijani Gharbi – Christian Pieralli
Laboratoire d’Optique P.M. Duffieux (UMR CNRS 6603)
Université de Franche Comté.
Tél. 03 81 66 64 61
tijani.gharbi@univ-fcomte.fr

 

 

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