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Une équipe de l’INRS réussit à mesurer la température en 2D, sans contact, avec une caméra ultrarapide à prise unique.
Les nanoparticules dopées aux ions de terres rares sont considérées comme des nanothermomètres, car leurs propriétés lumineuses changent avec la température environnante. Image : Adobe stock
Une nouvelle technique d’imagerie, développée par les équipes des professeurs Jinyang Liang et Fiorenzo Vetrone de l’Institut national de la recherche scientifique (INRS), permet de mesurer la température en 2D, sans contact, et en un clic. Les résultats de leur recherche ont été publiés dans la revue Nature Communications. Cette détection précise de la température en temps réel pourrait éventuellement améliorer la thérapie photothermique ou aider au diagnostic précoce des cancers de la peau.
Cette technologie, connue sous le nom de SPLIT (single-shot photoluminescence lifetime imaging thermometry), est basée sur la luminescence de nanoparticules dopées aux ions de terres rares. « Ces nanoparticules sont considérées comme des nanothermomètres, car leurs propriétés lumineuses changent avec la température environnante. Elles sont également biocompatibles », explique le professeur Vetrone, pionnier dans ce domaine d’étude.
Au lieu d’imager la luminescence point par point, ce qui prend beaucoup de temps, SPLIT utilise une caméra ultrarapide novatrice pour suivre le changement de lumière de ces nanoparticules, en chaque point de l’espace simultanément.
« Notre caméra est différente de celle couramment utilisée, où chaque clic produit une image : elle fonctionne en capturant toutes les images d’un événement dynamique, instantanément. Puis nous les reconstruisons, une par une. »
Xianglei Liu, étudiant au doctorat en sciences de l’énergie et des matériaux à l’INRS et auteur principal de l’article
La température peut alors être détectée en vérifiant la vitesse à laquelle la lumière émise s’éteint. Comme la caméra agit en temps réel, elle peut capter le phénomène au moment où il se produit. Pour la première fois, SPLIT permet la thermométrie par luminescence avec un échantillon en mouvement. « Par rapport aux techniques de thermométrie existantes, SPLIT est plus rapide et a une meilleure résolution. Cela permet une détection plus précise de la température avec une solution à la fois avancée et économique », ajoute le professeur Liang, expert en imagerie ultrarapide.
Applications en santé
Les professeurs Liang et Vetrone pensent que la technologie SPLIT pourrait, entre autres, augmenter la capacité de détection et de traitement des cancers de la peau. En effet, la capacité de détecter les mélanomes, et plus spécifiquement les micromélanomes, est encore restreinte à l’heure actuelle. Les approches diagnostiques existantes sont limitées par leur caractère invasif, leur résolution et leur précision, ce qui entraîne un grand nombre de biopsies inutiles.
La thermométrie optique pourrait ainsi servir à détecter les cellules cancéreuses, dont le métabolisme rapide entraîne une température plus élevée que celle des tissus normaux, les rendant plus visibles avec le SPLIT.
Pour détecter un mélanome, les cliniques peuvent utiliser une caméra thermique, mais la résolution est faible. « SPLIT marque une étape importante dans le développement technique. Avec une haute résolution, elle pourrait être utilisée pour localiser précisément le grain de beauté cancéreux », explique le professeur Liang.
Au-delà de la détection, cette technologie pourrait aussi permettre de surveiller la dose lumineuse lors de certains types de traitement. Par exemple, la thérapie photothermique attaque les cellules cancéreuses grâce à la chaleur générée par l’exposition à la lumière proche de l’infrarouge. « Nous voulons éradiquer le cancer, mais pas les tissus environnants, donc si la température est trop élevée, le traitement pourrait être diminué ou arrêté pendant un certain temps. Si elle est trop basse, nous pourrions augmenter la lumière pour obtenir la dose adéquate », explique le professeur Vetrone.
En 2020, la Société canadienne du cancer estimait que 8 000 Canadiennes et Canadiens avaient reçu un diagnostic pour cette seule forme de cancer.
À propos de l’étude
L’article « Fast wide-field upconversion luminescence lifetime thermometry enabled by single-shot compressed ultrahigh-speed imaging » par Xianglei Liu, Artiom Skripka, Yingming Lai, Cheng Jiang, Jingdan Liu, Fiorenzo Vetrone et Jinyang Liang, a été publié le 5 novembre 2021 dans la revue Nature Communications. L’article fait partie du projet de recherche « See, Aim, Kill : A one-stop precise theranostic platform for in-situ detection and elimination of early-stage melanoma », financé par le fonds Nouvelles frontières en recherche. L’étude a également été financée par le Conseil de recherches en sciences naturelles et en génie du Canada, la Fondation canadienne pour l’innovation, le ministère de l’Économie et de l’Innovation du Québec, la Société canadienne du cancer, le Fonds de recherche du Québec – Nature et technologies et le Fonds de recherche du Québec – Santé.
