À la découverte de nouvelles applications des lasers - NAWA

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Le professeur Marek Samoć de l’École polytechnique de Wrocław teste comment les lasers à haute puissance peuvent être utilisés pour résoudre des problèmes importants au niveau social en faisant fusionner la biologie, la chimie et la physique.

Si on voulait décrire en un seul mot les domaines de recherche du professeur Marek Samoć, ce serait le mot « lasers ». Marek Samoć a mené ses recherches au Canada et aux États-Unis. Il a travaillé pendant dix-sept ans au Centre de la physique des lasers de l’Université nationale australienne à Canberra. En 2008, il a décidé de revenir en Pologne où il est actuellement directeur du Département d’ingénierie et de modélisation de matériaux avancés.

– L’équipe dont vous êtes responsable occupe une place importante parmi les centres de recherche du monde entier qui s’intéressent à l’optique non-linéaire. Quels sont les projets que vous réalisez ?

Marek Samoć: – Nous travaillons sur des projets interdisciplinaires qui nécessitentune expertise en physique, chimie, biologie et ingénierie électronique. Je dis toujours que les lacunes dans les connaissances peuvent être comblées, mais le succès demande aussi de l’enthousiasme et de vastes horizons. Nulle-part ailleurs, je n’ai eu d’étudiants aussi extraordinaires remarquables qu’ici, en Pologne.

Votre projet de recherche le plus récent porte un titre assez hermétique : « Nouvelles orientations dans l’étude des phénomènes optiques non-linéaires et leurs conséquences physico-chimiques ». Que cache cet intitulé compliqué ?

 En effet, il est difficile à comprendre pour ceux qui ne sont pas experts dans ce domaine. Je me spécialise dans l’application des lasers de haute puissance. Une puissance élevée ne signifie pas que le laser doit avoir les dimensions d’une immense armoire. Il s’agit de lasers qui émettent de la lumière sous forme d’impulsions. Les impulsions durent généralement environ 10-13 secondes. À titre de comparaison, la lumière parcourt une distance de 300 000 km en une seconde. Pendant une impulsion, elle ne parcourt que 30 microns. En raison de son extrême brièveté, l’impulsion acquiert une grande intensité. La lumière émise par ce type de lasers a parfois un effet étonnamment étrange sur la matière. C’est justement ce que nous appelons des propriétés optiques non-linéaires.

De quels effets étranges s’agit-il ?

Je pense, par exemple, à la matière qui normalement est transparente, mais qui devient opaque ou commence à émettre de la lumière lorsqu’elle est exposée à de telles impulsions brèves. Ce sont des exemples de propriétés optiques non-linéaires.

Nous utilisons généralement un laser qui fonctionne dans le proche infrarouge. C’est donc quelque chose que nous ne pouvons plus voir. Mais si nous focalisons le faisceau sur un échantillon biologique, par exemple à l’aide d’un microscope, cet échantillon peut émettre de la lumière verte, rouge, bleue ou ayant une autre couleur visible. Cette émission peut nous fournir beaucoup d’informations, par exemple si l’échantillon contient des agents pathogènes ou des indicateurs annonçant l’apparition d’une maladie. Il y a plusieurs années, nous avons prouvé que les amyloïdes, c’est-à-dire les formes protéiques présentes dans la maladie d’Alzheimer, réagissent beaucoup plus fortement aux impulsions laser que les états natifs de ces protéines. Ce phénomène peut être utilisé pour détecter les amyloïdes et les observer.

Ce projet a-t-il débouché sur des conclusions intéressantes ?

Nous avons par exemple démontré que les polymères de coordination peuvent être utilisés comme thermomètre optique pour mesurer à distance la température d’un tissu vivant, et ceci avec une résolution micrométrique. Ceci est d’une importance cruciale du point de vue des traitements du cancer où la tumeur est détruite en augmentant sa température de quelques degrés. Cela doit être effectué avec une immense précision.

Nous travaillons aussi sur les vecteurs de médicaments qui ont plusieurs fonctions, par exemple celle de tuer les cellules cancéreuses en émettant de la lumière en même temps, indiquant ainsi au médecin l’emplacement de la tumeur dans l’organisme.

Sera-t-il possible de mettre en pratique les résultats de vos recherches ?

C’est notre objectif. Nous aimerions que les lasers – cet outil fantastique – soient utilisés pour resoudre résoudre des problèmes vitaux de la société, par exemple pour diagnostiquer, à un stade précoce, les maladies neurodégénératives, ou bien pour améliorer les méthodes de traitement du cancer.

 

École polytechnique de Wrocław

Département d’ingénierie et de modélisation de matériaux avancés.

kimmz.webcloud.pwr.edu.pl

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