Bienvenu dans le groupe Biophotonique THz
Dévoiler la nanostructure des Biomolecules en combinant spectroscopie THz & Nanophotoniques

Le groupe THz Biophotoniques marie les propriétés uniques du rayonnement TeraHertz (THz) à la précision de la nanophotonique pour percer les secrets des biomolécules et de leurs interactions. La plage de fréquence THz, qui se situent entre les fréquences de l'électronique et de la photonique, permet de sonder la structure et la dynamique des systèmes biologiques. La capacité du rayonnement THz à interagir avec les molécules polaires, telles que les protéines et l'eau, les rend idéales pour étudier les relations complexes entre ces molécules dans le vivant.

Les ondes THz, dont les fréquences sont comprises entre 0,1 et 10 THz et les longueurs d'onde entre 30 µm et 3 mm, se situent entre l'électronique et la photonique. Pendant des décennies, cette gamme de fréquences a été appelée le "gap TeraHertz", et il s'agissait en fait d'un véritable canyon, car les transistors ne pouvaient pas fonctionner à une fréquence aussi élevée et les lasers à une énergie aussi faible. Depuis les années 1990, de nouvelles technologies de génération et de détection des ondes TeraHertz sont apparues et le fossé est progressivement comblé par des progrès constants, ouvrant la voie à de nombreuses applications différentes. En biologie, la spectroscopie THz exploite la spécificité de l'interaction lumière-matière dans les différentes phases de la matière.

  • En phase gazeuse,  la gamme THz sonde les transitions roto-vibrationnelle des molécules polaires de 3 à 15 atomes. Plus précisément, la bande THz est connue pour être encore plus spécifique que la région des empreintes digitales dans l'infrarouge. En outre, les motivations astrophysiques ont conduit à la création de bases de données comprenant une myriade de composés permettant une identification précise. Par conséquent, la spectroscopie THz à même été utilisée pour suivre des réactions chimiques.
  • En phase liquide, la spectroscopie THz sonde les changement l'orientation dipolaire des solvants polaires tels que l'eau. Ce domaine en est encore à ses premiers stades d'exploration, tant sur le plan expérimental en raison de la variabilité de la dynamique picoseconde du réseau de liaisons H de l'eau à tout changement physo-chimique (température, pH...), que sur le plan théorique en raison de la complexité du système impliqué et de sa position à l'interface de la physique classique et de la physique quantique.
  • En phase solide, la gamme THz sonde les vibrations délocalisée qui s'étendent à l'échelle nanométrique et peut donc être utilisé pour sonder la nano-structure des échantillons. Cela a suscité l'enthousiasme de la communauté, car la structure à l'échelle nanométrique des protéines détermine leur fonction. De telles altérations structurelles à l'échelle nanométrique peuvent avoir des conséquences dramatiques, comme l'illustrent les maladies de Parkinson et d'Alzheimer. Cependant, plusieurs résultats de recherche se sont révélés peu fiables, ce qui a conduit à la diffusion d'idées trompeuses susceptibles de détourner, voire d'occulter, des découvertes fascinantes et significatives. Le domaine doit être construit sur des bases plus solides et plus rigoureuses.

Le groupe s'évertue à relever trois défis dans le domaine de la biophotonique THz.

  • Comment le signal de nos expériences apporte de la connaissance.   Grâce à un travail expérimental approfondi en spectroscopie THz dans le domaine temporel, à l'évaluation du bruit et au traitement des données, nous extrayons les informations physico-chimiques de nos échantillons.
  • Eau & TeraHertz. Deux approches nous permetent d'en tirer le meilleur: L'une en réalisant la spectroscopies de solutions aqueuses avec une attention particulière à la stabilité thermique et en apportant des données et des connaissances reproductibles à la communauté, l'autre est l'implémentation de l'intégration microfluidique sur nous dispositifs et expériences.
  • Sonder des échantillons sub longueur d'onde. Nous concevons, fabriquons et mettons en œuvre des dispositifs basés sur des guides d'ondes, des antennes et des résonateurs afin d'augmenter les interactions lumière-matière pour la spectroscopie THz à large bande et à bande étroite.

Contact

Romain PERETTI

Institut d’Electronique, de Microélectronique et de Nanotechnologie (I.E.M.N.  U.M.R   CNRS   8520)
Laboratoire Central – Cité Scientifique – 
Avenue Poincaré – CS 60069 
59652 VILLENEUVE D’ASCQ CEDEX
France

📧 romain.peretti@cnrs.fr
☎ + 33 (0) 3 20 19 78 76