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Mesures de l’intensité lumineuse basées sur la fluorescence, rapides et accessibles

Deux nouveaux protocoles complémentaires permettent de mesurer l’intensité lumineuse de manière précise et polyvalente dans une large gamme de longueurs d’onde et d’intensités.

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Des recherches internationales soutenues en partie par le projet DREAM financé par l’UE ont abouti à deux nouvelles méthodes complémentaires qui permettent des mesures polyvalentes et précises de l’intensité lumineuse dans les systèmes d’imagerie par fluorescence. Les deux protocoles sont décrits dans un article publié dans «Nature Methods». La quantification précise de l’intensité lumineuse est un outil important utilisé par les scientifiques dans de nombreuses applications. Les microscopistes optiques équilibrent l’intensité de la lumière pour optimiser les signaux sans phototoxicité. Les biologistes utilisent les photons pour déclencher des processus physiologiques. Les chimistes les utilisent pour piloter des réactions d’absorption de la lumière. «De nos jours, une vaste communauté de biologistes, de chimistes, d’ingénieurs et de physiciens s’intéresse à la livraison d’un nombre précis de photons», remarquent les auteurs dans leur étude. Cependant, la plupart des technologies actuelles ne sont ni assez polyvalentes ni assez précises pour répondre aux besoins actuels. Elles ne peuvent pas mesurer l’intensité lumineuse et la distribution spatiale en même temps; du moins, pas sur une large gamme de longueurs d’onde et d’intensités.

Rapidité, sensibilité et accessibilité

Des chercheurs dirigés par le coordinateur du projet DREAM, le Centre national de la recherche scientifique (France), ont maintenant mis au point deux protocoles complémentaires rapides et simples qui utilisent des colorants organiques et des protéines fluorescentes comme actinomètres (systèmes qui déterminent le nombre de photons dans un faisceau). Ces actinomètres à fluorescence se sont révélés plus rapides et plus sensibles et ont également fourni des données plus accessibles pour les systèmes d’imagerie. Le premier protocole repose sur cinq actinomètres moléculaires qui émettent des signaux fluorescents lorsqu’une lumière constante est appliquée. Les actinomètres couvrent l’ensemble du spectre de la lumière ultraviolette et visible pour mesurer l’intensité lumineuse. Dans certaines conditions – lorsque la photoconversion est si rapide que les mouvements moléculaires sont minimes – le protocole peut également cartographier la distribution spatiale de l’intensité lumineuse. Comme l’indique l’étude, l’équipe a également cherché à «rendre les actinomètres fluorescents accessibles à différentes communautés d’utilisateurs finaux». Ils ont donc choisi des produits chimiques faciles à synthétiser pour les chimistes, et des protéines et des organismes photosynthétiques pour les biologistes. Le second protocole complète les actinomètres fluorescents du premier protocole, dont les plages limitées d’absorption de la lumière nécessitent plusieurs actinomètres pour couvrir toute la gamme de longueurs d’onde. Ce protocole utilise un fluorophore inerte photochimiquement: une molécule aux propriétés fluorescentes qui absorbe les photons et émet en retour des photons de moindre énergie. Le fluorophore transfère l’information sur l’intensité lumineuse d’une longueur d’onde – mesurée avec un actinomètre fluorescent du premier protocole – à une autre.

Deux valent mieux qu’un

«Ensemble, les deux nouveaux protocoles peuvent être utilisés dans des situations de faible luminosité, sur des périodes plus courtes et dans une gamme de longueurs d’onde plus large que les méthodes conventionnelles», observe l’équipe de recherche dans un communiqué de presse «EurekAlert!». Les protocoles ont permis de mesurer avec précision la distribution spatiale de la lumière dans différents systèmes d’imagerie de fluorescence et pour calibrer l’éclairage dans des instruments et des sources de lumière disponibles dans le commerce. Les auteurs espèrent également que leurs protocoles permettront d’améliorer les connaissances scientifiques sur la manière dont la lumière affecte la santé et la viabilité des spécimens biologiques. L’équipe de recherche offre un accès en ligne aux propriétés de l’actinomètre et aux codes et applications de données conviviales afin de faciliter l’utilisation de ces actinomètres dans toutes les disciplines. DREAM (Dynamic Regulation of photosynthEsis in light-Acclimated organisMs) développe des protocoles pionniers en matière d’éclairage, d’instrumentation et d’acquisition de données afin de promouvoir l’agriculture de précision dans des environnements optimisés et contrôlés tels que les serres, les fermes verticales et les jardins d’intérieur. Le projet prend fin en 2026. Pour plus d’informations, veuillez consulter: site web du projet DREAM

Mots‑clés

DREAM, lumière, intensité lumineuse, photon, fluorescent, actinomètre, protocole