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Laser-Based Infrared Vibrational Electric-Field Fingerprinting

Description du projet

Atteindre les limites de la technologie de la spectroscopie infrarouge

L’exploration des systèmes biologiques, de leurs phénotypes et des processus évolutifs repose sur la compréhension des compositions moléculaires cruciales qui reflètent ces phénomènes. Cependant, l’étude de ces échantillons biologiques complexes nécessite un sondage précis et non destructif, un défi auquel la technologie actuelle est souvent confrontée. Le projet LIVE, financé par le CER, vise à poursuivre le développement de la spectroscopie infrarouge (IR), en améliorant considérablement la sensibilité, la vitesse et la précision. En s’appuyant sur les lasers femtosecondes et l’optique non linéaire, LIVE entend repousser les limites fondamentales de la spectroscopie IR. Outre le développement de sources puissantes et très stables d’impulsions IR à quelques cycles contrôlées par la forme d’onde, ainsi que la conception de technologies permettant de détecter la réponse spectroscopique à large bande des échantillons biologiques à ces impulsions, le projet ouvrira la voie à de nouvelles applications dans le domaine médical, telles que la cytométrie en flux IR à haut débit et l’analyse multivariée de l’haleine.

Objectif

A biological system’s phenotype and the evolution thereof are mirrored in molecular composition. The complexity of biological samples, however, renders quantitative, multivariate molecular probing challenging, in particular for non-destructive, label-free approaches. Vibrational spectroscopies capture signals from all molecular bonds exchanging energy with an optical excitation, delivering highly-specific optical fingerprints of samples in their native state, to which virtually all molecules contribute. Yet, while infrared (IR) spectroscopies profit from large vibrational cross-sections, technical limitations of IR radiation sources and detection have so far limited their applicability to real-world biomedical settings, in particular in the context of highly absorbing water (ubiquitous in biological samples). The project LIVE aims at harnessing the unparalleled control over light, on the level of individual optical-field oscillations, afforded by femtosecond lasers and nonlinear optics, to overcome current technological limitations and advance IR spectroscopy toward the fundamental limits set by the nature of light and, thus, toward the ultimate sensitivity, specificity and throughput achievable in optical vibrational fingerprinting. To this end, we envisage the development of powerful sources of fewcycle pulses covering the entire IR molecular fingerprint region (500–4000 cm-1) with utmost electric-field waveform stability, and of innovative electric-field sampling techniques capturing nearly all photons emitted by linearly and nonlinearly excited molecular vibrations. The host institution permits immediate validation of these developments for real-world biomedical samples, including, high-throughput vibrational fingerprinting of individual cells in flow cytometry, spectral tissue histopathology and high-resolution, high-sensitivity breath gas monitoring. Thus, LIVE promises direct impact on patients’ health, deeply rooted in basic photonics research.

Champ scientifique (EuroSciVoc)

Mots‑clés

Programme(s)

Thème(s)

Régime de financement

HORIZON-ERC - HORIZON ERC Grants

Voir tous les projets financés dans le cadre de ce programme de financement

Appel à propositions

(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre) ERC-2022-COG

Voir tous les projets financés au titre de cet appel

Institution d’accueil

RHEINLAND-PFALZISCHE TECHNISCHE UNIVERSITAT
Contribution nette de l'UE
€ 924 375,00
Adresse
GOTTLIEB DAIMLER STRASSE
67663 Kaiserslautern
Allemagne
Région
Rheinland-Pfalz Rheinhessen-Pfalz Kaiserslautern, Kreisfreie Stadt
Type d’activité
Higher or Secondary Education Establishments
Liens
Coût total
€ 924 375,00

Bénéficiaires (2)