La lumière quantique pour l'imagerie biomédicale
En tant que l'un des instruments les plus puissants dans l'imagerie biologique, la microscopie d'excitation à deux photons permet une visualisation structurelle et fonctionnelle en 3D des échantillons biologiques. Cette technique d'imagerie emploie le processus d'absorption à deux photons (TPA) selon lequel des photons non corrélés interagissent avec des cellules vivantes. En raison de la faible force d'interaction, la TPA nécessite de fortes intensités lumineuses qui endommagent les cellules et tissus sensibles. Pour surmonter cela, le projet QUANTUM4BIO (Quantum optics tools for biomedical imaging), financé par l'UE, a utilisé des photons intriqués générés par conversion paramétrique spontanée (SPDC, pour spontaneous parametric down-conversion) pour étudier le processus de TPA intriqué. La corrélation énergie/temps de pairs de photons intriqués renforce l'efficacité d'absorption par plusieurs ordres de magnitude. Les chercheurs ont réussi à concevoir et à établir une source à large bande de photons corrélés grâce à la SPDC, avec une puissance optique de 0,2 microwatt et un temps de cohérence d'approximativement 18 femtosecondes. En utilisant ces nouvelles sources de lumière innovantes, ils ont étudié l'excitation à deux photons de différentes molécules fluorescentes dans différentes conditions. QUANTUM4BIO a également tenté d'établir une autre source à base de SPDC pour étudier l'interaction des photons individuels de la source avec des biomolécules. La génération efficace et la détection de la lumière intriquée de temps/énergie par SPDC offre la possibilité de définir les états de Fock, des états quantiques avec un nombre bien défini de particules. Contrairement aux états quantiques dans la lumière laser classique, les états de Fock ont mis en lumière le moment exact et les mécanismes d'interaction des biomolécules photosensibles. En associant l'optique quantique et la microscopie par fluorescence à deux photons, QUANTUM4BIO a ouvert la voie à de nouveaux outils de spectroscopie et d'imagerie biologique d'intrication. Les sources photoniques développées ont permis l'identification des molécules idéales pour fonctionner comme marqueurs et protéines fluorescentes dans des échantillons biologiques.
Mots‑clés
Lumière quantique, imagerie biomédicale, photons intriqués, imagerie par fluorescence, excitation à deux photons
