Spectroscopie et imagerie térahertz dans les systèmes biologiques

La gamme des radiations térahertz se situe entre deux régions spectrales bien connues, les micro-ondes et l’optique infrarouge. Pour mémoire, 1 THz correspond à 300 µm, à 33 cm-1, et à 4 meV, soit en dessous du bruit thermique à température ambiante. La région qui nous intéresse couvre les fréquences comprises entre 10 GHz et 5 THz. Parmi les avantages de la zone térahertz en imagerie, par rapport aux imageries en rayons-X ou dans le visible, est que l’échantillon ne souffre pas grâce à la très faible énergie associée aux photons. L’imagerie térahertz a déjà été employée en dermatologie ou en odontologie. Ici, nous avons démontré que les radiations térahertz sont très sensibles aux ions biologiques, même à faible concentration et donc offrent la possibilité d’étudier les nombreux systèmes biologiques où les ions jouent un rôle essentiel, en particulier le neurone. Pour palier au problème de résolution spatiale inhérent à l’utilisation de basses longueurs d’onde, nous avons adapté une technique de champ proche basée sur des ouvertures de taille inférieure à la longueur d’onde. Ainsi, nous avons démontré l’imagerie fonctionnelle directe et non invasive de neurones par une nouvelle technique de microscopie champ proche par contraste ionique térahertz (CIT). L’activité neuronale dépend à la fois d’un contrôle précis des variations transitoires de conductivité ionique mais aussi des échanges d’eau entre la matrice extra-cellulaire et le compartiment intra-axonal. Cette nouvelle technique de CIT, associée à des simulations tridimensionnelles, donne une mesure très précise de la géométrie de l’axone, et donc de son gonflement induit par des changements de température ou sous l’action de toxines.