Les codes-barres élargissent la portée du capteur à haute résolution
Les codes-barres optiques pour la détection multimode ont des applications potentielles dans les diagnostics biomédicaux, la surveillance de l'environnement, la détection chimique, etc
La même bizarrerie géométrique qui permet aux visiteurs de murmurer des messages autour du dôme circulaire de la galerie de chuchotement de la cathédrale Saint-Paul de Londres ou à travers l'arche de chuchotement de la gare Union de Saint-Louis permet également la construction de capteurs optiques à haute résolution. Les résonateurs en mode galerie de chuchotement (WGM) sont utilisés depuis des décennies pour détecter des signatures chimiques, des brins d'ADN et même des molécules uniques.
De la même manière que l'architecture d'une galerie de chuchotement courbe et concentre les ondes sonores, les microrésonateurs WGM confinent et concentrent la lumière dans une minuscule trajectoire circulaire. Cela permet aux résonateurs WGM de détecter et de quantifier des caractéristiques physiques et biochimiques, ce qui les rend idéaux pour des applications de détection à haute résolution dans des domaines tels que le diagnostic biomédical et la surveillance de l'environnement. Toutefois, l'utilisation à grande échelle des résonateurs WGM a été limitée par leur gamme dynamique étroite ainsi que par leur résolution et leur précision limitées.
Dans une étude récente, Lan Yang, titulaire de la chaire Edwin H. & Florence G. Skinner, et Jie Liao, chercheur postdoctoral associé, tous deux au Preston M. Green Department of Electrical & Systems Engineering de la McKelvey School of Engineering de l'université de Washington à St. Louis, démontrent une approche transformatrice pour surmonter ces limitations : les codes-barres WGM optiques pour la détection multimode. La technique innovante de Liao et Yang permet de surveiller simultanément plusieurs modes de résonance dans un seul résonateur WGM, en tenant compte des réponses distinctes de chaque mode, ce qui élargit considérablement la gamme des mesures réalisables.
La détection WGM utilise une longueur d'onde spécifique de la lumière qui peut circuler des millions de fois autour du périmètre du microrésonateur. Lorsque le capteur rencontre une molécule, la fréquence de résonance de la lumière circulante se déplace. Les chercheurs peuvent alors mesurer ce décalage pour détecter et identifier la présence de molécules spécifiques.
"La détection multimode nous permet de capter plusieurs changements de résonance dans la longueur d'onde, plutôt qu'un seul", explique M. Liao. "Grâce aux modes multiples, nous pouvons étendre la détection optique WGM à une plus grande gamme de longueurs d'onde, atteindre une plus grande résolution et une plus grande précision et, en fin de compte, détecter un plus grand nombre de particules.
Liao et Yang ont trouvé la limite théorique de la détection WGM et l'ont utilisée pour estimer les capacités de détection d'un système multimode. Ils ont comparé la détection monomode conventionnelle à la détection multimode et ont déterminé que si la détection monomode est limitée à une plage très étroite - environ 20 picomètres (pm), limitée par le matériel laser - la plage de la détection multimode est potentiellement illimitée en utilisant la même configuration.
"Plus de résonance signifie plus d'informations", a déclaré M. Liao. "Nous avons dérivé une portée théoriquement infinie, bien que nous soyons pratiquement limités par l'appareil de détection. Dans cette étude, la limite expérimentale que nous avons trouvée était environ 350 fois plus grande avec la nouvelle méthode qu'avec la méthode conventionnelle de détection WGM.
Les applications commerciales de la détection multimode WGM pourraient inclure des utilisations biomédicales, chimiques et environnementales, a déclaré M. Yang. Dans les applications biomédicales, par exemple, les chercheurs pourraient détecter des changements subtils dans les interactions moléculaires avec une sensibilité sans précédent afin d'améliorer le diagnostic des maladies et la découverte de médicaments. Dans le domaine de la surveillance de l'environnement, grâce à la capacité de détecter des changements infimes dans les paramètres environnementaux tels que la température et la pression, la détection multimode pourrait permettre la mise en place de systèmes d'alerte précoce en cas de catastrophes naturelles ou faciliter la surveillance des niveaux de pollution dans l'air et dans l'eau.
Cette nouvelle technologie permet également de surveiller en continu les réactions chimiques, comme l'ont démontré les récentes expériences menées par le groupe de Yang. Cette capacité est prometteuse pour l'analyse et le contrôle en temps réel des processus chimiques, offrant des applications potentielles dans des domaines tels que les produits pharmaceutiques, la science des matériaux et l'industrie alimentaire.
"La très grande sensibilité des résonateurs WGM nous permet de détecter des particules et des ions uniques, mais le potentiel de cette puissante technologie n'a pas été pleinement exploité parce que nous ne pouvons pas utiliser ce capteur ultrasensible directement pour mesurer un inconnu complet", a ajouté M. Liao. "La détection multimode permet de jeter un regard sur l'inconnu. En élargissant notre gamme dynamique à des millions de particules, nous pouvons entreprendre des projets plus ambitieux et résoudre des problèmes concrets.
Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Anglais peut être trouvé ici.
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