Le terme « linéaire » dans un filtre à gradient linéaire fait référence au fait que ses caractéristiques spectrales varient différemment selon les endroits et évoluent de manière linéaire en fonction de la position spatiale. Les filtres à gradient linéaire offrent des avantages tels qu'une variation continue de la longueur d'onde, des canaux sélectionnables et une performance stable. Grâce à des procédés comme le dépôt assisté par ions ou la pulvérisation par faisceau d'ions, qui consistent à déposer sur la surface du substrat des couches multicouches d'épaisseur variable afin de former des couches de film en forme de coin, les caractéristiques spectrales du filtre présentent une variation linéaire.

Par rapport aux filtres traditionnels à bande étroite, les filtres à gradient linéaire offrent des canaux spectraux quasi continus ; ainsi, l'utilisation de filtres à gradient linéaire en spectroscopie permet d'obtenir une résolution spectrale supérieure. Comparés aux dispositifs d'imagerie spectroscopique tels que les prismes et les réseaux, les systèmes d'imagerie spectroscopique basés sur des filtres à gradient linéaire se caractérisent par une intégration élevée, une stabilité accrue et une résolution améliorée. Ces systèmes présentent une structure globale compacte, une taille réduite et un poids léger, tout en affichant des coûts de recherche, de développement et de fabrication inférieurs, ce qui les rend particulièrement prometteurs pour des applications pratiques. Les filtres à gradient linéaire peuvent également être utilisés dans des domaines tels que les spectromètres portables, la séparation ou la coupure optique de second ordre à l'aide de réseaux, ainsi que dans la conception de miroirs laser.

Un filtre à variation linéaire (FVL) est un nouveau composant spectroscopique apparu après le développement des prismes, des réseaux et de divers éléments de séparation spectrale récemment mis au point. Par rapport aux composants spectroscopiques traditionnels tels que les prismes et les réseaux, les FVL offrent des avantages tels qu'une taille compacte, plusieurs bandes de transmission et une réglage flexible des positions des bandes. Étant donné qu'il est possible de combiner les FVL avec des matrices de détecteurs CCD/CMOS pour former des détecteurs capables de reconnaître le spectre, ces filtres simplifient considérablement les systèmes spectroscopiques et améliorent la fiabilité, la stabilité et l'efficacité optique des instruments, attirant ainsi de plus en plus l'attention. Les spectromètres intégrant des FVL comme élément spectroscopique central ont été appliqués avec succès dans de nombreux domaines, notamment l'aérospatiale, l'exploration sur le terrain, la surveillance atmosphérique, l'inspection de la sécurité alimentaire, l'analyse des biofluides et l'imagerie multi/hyperspectrale.

Application :

Technologie d'imagerie spectrale

Par rapport aux imageurs spectraux basés sur des prismes et des réseaux, les imageurs spectraux utilisant des filtres à gradient linéaire présentent des avantages tels qu'une forte intégration, une grande stabilité et une résolution élevée. Leur conception globale est compacte, avec une taille réduite et un poids léger, tout en bénéficiant de coûts de recherche, de développement et de fabrication plus faibles, ce qui les rend particulièrement prometteurs pour des applications pratiques.

Les filtres à gradient linéaire peuvent également être utilisés dans les spectromètres portables, la séparation/coupure de la lumière de deuxième ordre basée sur des réseaux, la conception de miroirs laser et d'autres domaines connexes.

Gamme de coupure : La gamme de coupure désigne l'intervalle de longueurs d'onde qui représente la région spectrale de l'énergie atténuée par le filtre. Le degré de blocage est généralement spécifié en termes de densité optique.

Densité optique (DO) : DO désigne la densité optique. Lorsque la lumière traverse un échantillon, une partie de cette lumière est absorbée. La DO représente la mesure de l'énergie bloquée ou rejetée par le filtre ; c'est un terme spécialisé utilisé dans les méthodes de détection. L'unité de mesure de la DO s'exprime par une valeur de DO calculée comme suit : DO = lg(1/trans), où trans désigne la transmittance de l'échantillon mesuré. Une valeur élevée de DO indique une faible transmittance, tandis qu'une faible valeur de DO indique une forte transmittance. Une DO égale ou supérieure à 6,0 est adaptée aux applications nécessitant un blocage extrême, telles que la spectroscopie Raman ou la microscopie à fluorescence. Une DO comprise entre 3,0 et 4,0 est idéale pour la séparation et la purification basées sur le laser, la vision industrielle et la détection chimique, tandis qu'une DO égale ou inférieure à 2,0 est optimale pour le tri par couleur et la séparation des ordres spectraux.

OD* indique le seuil ; selon OD1 à OD6, la transmittance de la bande de coupure varie de 0,1 à 0,000001.
Numéro OD, Transmittance à la longueur d'onde de coupure
OD1 = 0,1, soit 10 %.
OD2 = 0,01, ou 1 %
OD3 = 0,001, soit 0,1 %.
OD4 = 0,0001, ce qui correspond à 0,01 %.
OD5 = 0,00001, soit 0,001 %.
OD6 = 0,000001, soit 0,0001 %.

Nombre de délai Bande de délai

De 400 à 1100 nm

B 300~1200 nm

C 200~2000 nm

D 400~700 nm

E 400~800 nm

F 400~1000 nm

G 300~900 nm

H 500~1000 nm

Je 800~1000 nm

J 700~1200 nm

K 200~1100 nm

L 200~1200 nm

M 200~1400 nm

N 400~1200 nm

De 200 à 1150 nm

P 200~800 nm

Q 350~700 nm

U 200~700 nm

V 300~950 nm

W 200~1000 nm

X 200~750 nm

Par exemple :

OD3-A : La transmittance des ondes lumineuses dans la plage de longueurs d'onde de 400 à 1100 nm est de 0,001, à l'exclusion des bandes spectrales situées de chaque côté de la longueur d'onde centrale, chacune couvrant la moitié de la largeur de bande.

OD3-B : La transmittance des ondes lumineuses dans la plage de longueurs d'onde de 300 à 1200 nm est de 0,001, à l'exclusion des bandes spectrales situées de chaque côté de la longueur d'onde centrale, chacune couvrant la moitié de la largeur de bande.

OD3-C : La transmittance des ondes lumineuses dans la plage de longueurs d'onde de 200 à 2000 nm est de 0,001, à l'exclusion des bandes spectrales situées de chaque côté de la longueur d'onde centrale, chacune couvrant la moitié de la largeur de bande.

OD3-D : La transmittance des ondes lumineuses dans la plage de longueurs d'onde de 400 à 700 nm est de 0,001, à l'exclusion de la bande couvrant la moitié de la largeur de bande de chaque côté de la longueur d'onde centrale.

OD3-K : La transmittance des ondes lumineuses dans la plage de longueurs d'onde de 200 à 1100 nm est de 0,001, à l'exclusion des bandes spectrales situées de chaque côté de la longueur d'onde centrale, chacune couvrant la moitié de la largeur de bande.

OD4-A : La transmittance des ondes lumineuses dans la plage de longueurs d'onde de 400 à 1100 nm est de 0,0001, à l'exclusion des bandes spectrales situées de chaque côté de la longueur d'onde centrale, chacune couvrant la moitié de la largeur de bande.

OD4-B : La transmittance dans la plage de longueurs d'onde de 300 à 1200 nm est de 0,0001, à l'exclusion de la bande couvrant la moitié de la largeur de bande de chaque côté de la longueur d'onde centrale.

OD4-C : La transmittance dans la plage de longueurs d'onde de 200 à 2000 nm est de 0,0001, à l'exclusion des bandes spectrales situées de chaque côté de la longueur d'onde centrale, chacune couvrant la moitié de la largeur de bande.

OD4-D : La transmittance des ondes lumineuses dans la plage de longueurs d'onde de 400 à 700 nm est de 0,0001, à l'exclusion de la bande couvrant la moitié de la largeur de bande de chaque côté de la longueur d'onde centrale.

OD4-K : La transmittance dans la plage de longueurs d'onde de 200 à 1100 nm est de 0,0001, à l'exclusion des bandes spectrales situées de chaque côté de la longueur d'onde centrale, chacune couvrant la moitié de la largeur de bande.

La longueur d'onde de coupure est un terme utilisé pour désigner la longueur d'onde à partir de laquelle la transmittance à travers le filtre augmente jusqu'à 50 %. La longueur d'onde de coupure est indiquée par λcut-on sur la figure ci-dessous.

La longueur d'onde de coupure est un terme utilisé pour décrire la longueur d'onde à laquelle la transmittance d'un filtre tombe à 50 %. La longueur d'onde de coupure est notée λcut-off dans la figure ci-dessous.

Illustration de la longueur d'onde de coupure

Les filtres optiques sont des dispositifs optiques utilisés pour sélectionner des bandes de longueurs d'onde spécifiques du rayonnement. Ils peuvent transmettre sélectivement une partie du spectre tout en bloquant la transmission du reste. Les filtres optiques sont couramment employés dans les microscopes, la spectroscopie, l'analyse chimique et la vision par machine.

Transmittance (T) : Supposons que l'intensité lumineuse initiale soit de 100 %. Après avoir traversé un filtre, une partie de la lumière est perdue. Si la transmittance mesurée après filtrage n'est que de 80 % de la valeur initiale, on dit alors que la transmittance optique de ce filtre n'est que de 80 %.

Longueur d'onde centrale (CWL) : La longueur d'onde centrale utilisée pour définir un filtre passe-bande est le point milieu de la largeur spectrale sur laquelle le filtre transmet. Plus précisément, elle correspond à la longueur d'onde effectivement utilisée dans l'application pratique du filtre — par exemple, si le pic principal d'une source lumineuse est une LED de 800 nm, alors la longueur d'onde centrale requise serait de 800 nm.

Largeur à mi-hauteur (FWHM) : Le nom complet est « largeur totale à mi-maxima », souvent abrégé en FWHM. Il est utilisé pour caractériser la largeur de bande du spectre transmis par un filtre passe-bande. Plus précisément, les limites supérieure et inférieure de cette largeur de bande sont définies par les longueurs d'onde auxquelles la transmission du filtre atteint 50 % de sa valeur maximale. Par exemple, si un filtre présente une transmission maximale de 90 %, les longueurs d'onde auxquelles la transmission du filtre tombe à 45 % détermineront les limites supérieure et inférieure de la FWHM. Une FWHM de 10 nm ou moins est considérée comme étroite et est couramment utilisée dans les applications de purification par laser et de détection chimique. Une FWHM comprise entre 25 et 50 nm est généralement employée dans les applications de vision par machine ; une FWHM supérieure à 50 nm est qualifiée de large et est fréquemment utilisée dans les applications de microscopie à fluorescence.

Les filtres de fluorescence se composent généralement d'une combinaison à trois couches : un filtre d'excitation, un filtre d'émission et un miroir dichroïque.

Filtre d'excitation (filtre exciteur, filtre d'excitation) : En microscopie à fluorescence, ce filtre ne laisse passer que les longueurs d'onde capables d'exciter la fluorescence. Auparavant, on utilisait des filtres passe-bande à courte longueur d'onde ; de nos jours, ce sont principalement des filtres passe-bande qui sont employés. Le boîtier du filtre est marqué par une flèche indiquant la direction recommandée pour la propagation de la lumière.

Filtre d'émission (filtre d'émission, filtre de barrière, émetteur) : Ce filtre sélectionne et transmet la fluorescence émise par l'échantillon tout en bloquant les autres longueurs d'onde de lumière. La longueur d'onde d'émission est supérieure à la longueur d'onde d'excitation (plus proche de l'extrémité rouge du spectre). On peut utiliser soit un filtre passe-bande, soit un filtre passe-longueurs d'onde comme filtre d'émission. Le boîtier du filtre est marqué d'une flèche indiquant la direction recommandée pour la propagation de la lumière.

Miroir dichroïque (diviseur de faisceau dichroïque, diviseur de faisceau dichromatique) : Également appelé filtre dichroïque ou miroir séparateur de couleurs. Il est placé à un angle de 45° par rapport à la trajectoire optique du microscope. Ce filtre réfléchit une couleur de lumière (la lumière d'excitation) et transmet une autre couleur de lumière (la lumière d'émission). La réflectance de la lumière d'excitation dépasse 90 %, et la transmittance de la lumière d'émission dépasse 90 %. La partie du spectre qui ne peut pas passer à travers le filtre est réfléchie plutôt qu'absorbée. Étant donné que les couleurs de la lumière transmise et de la lumière réfléchie sont complémentaires l'une de l'autre, ce filtre est également appelé filtre dichroïque.

Les filtres de fluorescence, abrégés en filtres d'imagerie par fluorescence, sont des composants essentiels utilisés dans les instruments de biologie médicale et des sciences de la vie. Leur fonction principale est de séparer et de sélectionner les bandes spectrales caractéristiques de la lumière d'excitation et de la fluorescence émise dans les systèmes de détection et d'analyse par fluorescence biomédicale. En général, ces filtres doivent posséder une profondeur de coupure en densité optique (DO) d'au moins 5 (densité optique, DO = -lgT). Les exigences fondamentales pour les filtres utilisés dans les systèmes de détection par fluorescence incluent une forte raideur de coupure, une transmittance élevée, une grande précision de positionnement, une profondeur de coupure importante ainsi qu'une excellente stabilité environnementale.

Le filtrage est une étape essentielle dans les processus optiques tels que l'imagerie et la reconnaissance, par exemple :

1. Filtre coupe infrarouge : Un filtre optique qui laisse passer la lumière visible tout en bloquant ou en réfléchissant la lumière infrarouge. Ce produit est utilisé dans les caméras d'imagerie pour des applications incluant les téléphones mobiles, les appareils photo, les systèmes automobiles, les PC, les tablettes et les systèmes de surveillance de sécurité.

2. Filtre passe-bas : Élimine les motifs de moiré et les corrections d'aberration chromatique causées par les ondes lumineuses à haute fréquence. Ce produit est utilisé dans les appareils photo numériques, les caméras vidéo et les moniteurs de surveillance.

3. Filtre d'empreintes digitales sous l'écran : Permet au rayonnement vert de passer tout en bloquant toutes les autres longueurs d'onde.

4. Filtre à bande étroite : Un revêtement optique à bande étroite est déposé sur un substrat tel que le verre, permettant une transmission élevée de la lumière dans une bande de longueurs d'onde spécifique tout en assurant une coupure profonde pour les autres longueurs d'onde. Ce filtre garantit également un décalage spectral minimal même en cas d'incidence à grand angle. Ce produit est utilisé dans les capteurs de distance ainsi que dans les modules d'émission et de réception des caméras 3D.

Ces dernières années, grâce aux progrès des technologies telles que les systèmes multi-objectifs dans les téléphones portables, les objectifs téléobjectifs à périscope, la lumière structurée 3D frontale, les capteurs ToF (Time-of-Flight) montés à l'arrière, la reconnaissance d'empreintes digitales sous écran et les panneaux arrière en verre, l'utilisation des produits de notre entreprise dans les téléphones portables n'a cessé de croître, entraînant ainsi une augmentation continue de la valeur par appareil.

Multi-caméra : Poursuivre la croissance des filtres coupe infrarouge

Un filtre coupe-infrarouge est un filtre optique qui laisse passer la lumière visible tout en bloquant la lumière infrarouge. Lorsque la lumière pénètre dans une lentille et subit une réfraction, la lumière visible et la lumière infrarouge seront focalisées sur des plans d'image différents : la lumière visible produit une image en couleurs, tandis que la lumière infrarouge produit une image en noir et blanc. Une fois que l'image formée par la lumière visible a été correctement ajustée, la lumière infrarouge formera une image virtuelle sur le même plan d'image, affectant ainsi la couleur et la qualité de l'image globale.

Les filtres coupe infrarouge peuvent être subdivisés en deux types : les filtres réfléchissants et les filtres absorbants. Le processus le plus critique dans la fabrication des filtres est le revêtement, qui doit garantir l'homogénéité et la cohérence de la couche de revêtement. Les méthodes de revêtement peuvent être globalement classées en revêtement sous vide et revêtement chimique. Après revêtement, ces filtres peuvent généralement bloquer la lumière dont la longueur d'onde dépasse 650 nm, répondant ainsi aux exigences de base d'application.

L'IRCF réalisé par revêtement d'un substrat en verre bleu filtre la lumière infrarouge par absorption, bloquant ainsi efficacement les longueurs d'onde supérieures à 630 nm. En revanche, l'IRCF réalisé par revêtement d'un substrat en verre conventionnel filtre la lumière infrarouge par réflexion ; toutefois, la lumière réfléchie peut facilement provoquer des interférences et offre donc une performance moins efficace que celle de l'IRCF à base de verre bleu.

Un composant important des caméras 3D — les filtres à bande étroite

Un filtre à bande étroite est un composant optique qui ne laisse passer que la lumière d'une longueur d'onde spécifique tout en bloquant toutes les autres longueurs d'onde. Dans les applications de détection 3D, l'extrémité émettrice émet une lumière infrarouge d'une longueur d'onde de 940 nm, et l'extrémité réceptrice doit filtrer toutes les autres longueurs d'onde et ne conserver que la lumière infrarouge à 940 nm ; c'est pourquoi un filtre à bande étroite est nécessaire. La bande de transmission d'un filtre à bande étroite est relativement étroite, exigeant généralement une largeur de bande ne dépassant pas 5 % de la longueur d'onde centrale.

La couche mince d'un filtre à bande étroite est généralement constituée de deux types de couches — des matériaux à faible indice de réfraction et des matériaux à fort indice de réfraction — empilées les unes sur les autres pour former des dizaines de couches. Toute dérive dans les paramètres des couches minces individuelles peut affecter la performance globale du filtre. De plus, la transmittance d'un filtre à bande étroite est extrêmement sensible aux pertes dans les couches minces ; ainsi, il est extrêmement difficile de fabriquer des filtres présentant à la fois une transmittance de pic très élevée et une largeur à mi-hauteur (FWHM) étroite. Il existe de nombreuses méthodes différentes pour fabriquer des couches minces, notamment la dépôt chimique en phase vapeur, l'oxydation thermique, l'anodisation, le procédé sol-gel, le dépôt par couches atomiques (ALD), l'épitaxie par couches atomiques (ALE) et le pulvérisation magnétron. Les performances des couches minces préparées par ces différentes méthodes peuvent varier considérablement.

Empreinte digitale sous l'écran : La technologie d'empreinte digitale sous l'écran gagne rapidement en popularité, ce qui stimule la demande croissante de filtres optiques.

Alors que le taux de pénétration des solutions de reconnaissance d'empreintes digitales sous écran continue de croître, la demande en filtres optiques augmente encore.

La fluorescence, terme chinois également écrit « yingguang », désigne un phénomène luminescent froid au cours duquel une substance émet de la lumière après avoir été excité par une lumière incidente d'une certaine longueur d'onde — généralement ultraviolette ou rayons X. Lorsqu'une substance à température ambiante absorbe de l'énergie provenant d'une telle lumière incidente, elle entre dans un état excité puis se désexcite immédiatement, émettant ainsi une lumière d'une longueur d'onde plus longue que celle de la lumière incidente (habituellement située dans le spectre visible). Pour nombre de substances fluorescentes, l'émission cesse aussitôt que la lumière incidente est retirée. La lumière émise selon ces caractéristiques est appelée fluorescence. Par ailleurs, certaines substances continuent d'émettre de la lumière pendant une durée relativement longue même après l'extinction de la lumière incidente ; ce phénomène est connu sous le nom de phosphorescence. Dans la vie quotidienne, les gens qualifient souvent de fluorescence tout éclairage faible sans examiner précisément ni distinguer les mécanismes sous-jacents responsables de cette luminescence. Ce terme fait également référence à une lumière froide, dont la température est basse (et non pas la température de couleur).

Le principe de la fluorescence

Lorsque la lumière frappe certains atomes, l'énergie de la lumière fait sauter certains électrons situés autour du noyau atomique de leurs orbites d'origine vers des orbites à plus haute énergie — passant ainsi de l'état fondamental au premier état singulet excité ou au deuxième état singulet excité, et ainsi de suite. Étant donné que le premier état singulet excité ou le deuxième état singulet excité sont instables, ils finissent par revenir à l'état fondamental. Lorsque les électrons retombent du premier état singulet excité vers l'état fondamental, l'énergie excédentaire est libérée sous forme de lumière, produisant ainsi une fluorescence.

La fluorescence est l'émission de lumière par une substance après qu'elle ait absorbé de la lumière ou d'autres radiations électromagnétiques. Dans la plupart des cas, la lumière émise possède une longueur d'onde plus longue et une énergie plus faible que la lumière absorbée. Toutefois, lorsque l'intensité d'absorption est suffisamment élevée, une absorption à deux photons peut se produire, entraînant ainsi un rayonnement émis dont la longueur d'onde est plus courte que celle de la lumière absorbée. Lorsque la longueur d'onde du rayonnement émis correspond à celle de la lumière absorbée, ce phénomène est appelé fluorescence résonante. Un exemple courant est l'absorption de la lumière ultraviolette par une substance, qui émet alors une fluorescence visible. Les lampes fluorescentes que nous utilisons au quotidien fonctionnent sur ce principe : le revêtement phosphorescent à l'intérieur du tube de la lampe absorbe la lumière ultraviolette émise par la vapeur de mercure présente dans le tube et réémet ensuite de la lumière visible, rendant ainsi cette lumière perceptible à l'œil humain.

Paramètres de fluorescence

(1) Spectre d'excitation : La relation entre l'intensité ou l'efficacité de luminescence d'une ligne ou d'une bande d'émission spécifique d'un matériau luminescent et la longueur d'onde de la lumière d'excitation lorsqu'il est éclairé par une lumière de différentes longueurs d'onde.

(2) Spectre d'émission : La variation de l'intensité de la luminescence à différentes longueurs d'onde lorsqu'un matériau luminescent est excité par une lumière d'excitation spécifique.

(3) Intensité de fluorescence : L'intensité de fluorescence est liée à des facteurs tels que le rendement quantique de fluorescence, le coefficient d'extinction et la concentration de la substance.

(4) Rendement quantique de fluorescence Q : Le rendement quantique représente la capacité d'une substance à convertir l'énergie lumineuse absorbée en fluorescence ; il est égal au rapport entre le nombre de photons émis par une substance fluorescente et le nombre de photons absorbés.

(5) Décalage de Stokes : Le décalage de Stokes est la différence entre la longueur d'onde d'émission maximale de fluorescence et la longueur d'onde d'absorption maximale.

(6) Durée de vie de la fluorescence : Lorsqu'un faisceau lumineux excite une substance fluorescente, les molécules du matériau fluorescent absorbent de l'énergie et passent de l'état fondamental à un état excité. Elles émettent ensuite une fluorescence sous forme de rayonnement lorsqu'elles retournent à l'état fondamental. La durée de vie de la fluorescence est définie comme le temps nécessaire pour que l'intensité de fluorescence des molécules diminue jusqu'à 1/e de son intensité maximale au moment où l'excitation cesse.

Les points quantiques de sélénure de cadmium émettent une fluorescence lorsqu'ils sont exposés à la lumière ultraviolette.

Applications de la fluorescence

Éclairage

Lampe fluorescente

Une lampe fluorescente courante en est un excellent exemple. L'intérieur du tube de la lampe est mis sous vide, puis rempli d'une faible quantité de mercure. Lorsqu'une décharge électrique se produit entre les électrodes à l'intérieur du tube, le mercure émet une lumière dans le spectre ultraviolet. Cette lumière ultraviolette est invisible et nocive pour la santé humaine. C'est pourquoi la surface intérieure du tube de la lampe est recouverte d'une substance appelée phosphore (ou matériau fluorescent), qui absorbe la lumière ultraviolette et la réémet sous forme de lumière visible.

Les diodes électroluminescentes (LED) capables d'émettre de la lumière blanche fonctionnent également sur un principe similaire. La lumière émise par les semi-conducteurs est bleue, et cette lumière bleue peut exciter des luminophores – tels que le phosphore – fixés à l'électrode réfléchissante, les faisant ainsi émettre une fluorescence orange. Lorsque ces deux couleurs de lumière sont mélangées, elles se rapprochent de la lumière blanche.

Surligneur

Les surligneurs contiennent des colorants fluorescents qui produisent un effet fluorescent lorsqu'ils sont exposés à la lumière ultraviolette — comme la lumière du soleil, les lampes de jour ou les lampes au mercure. Sous éclairage UV, ces surligneurs émettent une lumière blanche, donnant aux couleurs un aspect fluorescent et éclatant. La fluorescence des surligneurs diffère de celle des montres ou des bâtons lumineux : les bâtons lumineux reposent sur une réaction radioactive interne qui génère des radiations, lesquelles excitent à leur tour la poudre fluorescente environnante pour qu'elle émette de la lumière. Ainsi, les bâtons lumineux peuvent continuer à briller même en l'absence de toute lumière UV la nuit. En revanche, les surligneurs ne présentent une fluorescence que lorsqu'ils sont exposés à la lumière UV. Vous pouvez facilement le vérifier en approchant la marque du surligneur d'un piège à moustiques ou d'un détecteur de billets de banque — tous deux émettant de la lumière UV.

Biochimique et médical

La fluorescence possède de nombreuses applications dans les domaines de la biochimie et de la médecine. Grâce à des réactions chimiques, des groupes chimiques fluorescents peuvent être fixés à des biomolécules ; ces biomolécules peuvent ensuite être détectées avec une grande sensibilité en observant la fluorescence émise par les groupes marqués.

Profil de séquençage de l'ADN obtenu à l'aide d'un agent de terminaison de chaîne marqué par fluorescence.

La méthode de terminaison de chaîne pour le séquençage automatisé de l'ADN : Dans la méthode originale, les extrémités des amorces d'ADN devaient être marquées par des colorants fluorescents afin de permettre une identification précise des bandes d'ADN sur le gel de séquençage. Dans la méthode améliorée, les quatre types de didéoxynucléotides (ddNTP) — qui servent de terminateurs de chaîne — sont chacun marqués individuellement par des colorants fluorescents. Après électrophorèse, les molécules d'ADN de longueurs différentes se séparent selon leur taille. Lorsqu'elles sont exposées à la lumière ultraviolette, les quatre didéoxynucléotides marqués différemment émettent une fluorescence à des longueurs d'onde distinctes. En analysant le spectre de fluorescence, la séquence d'ADN peut être déterminée avec précision. Détection de l'ADN : Le bromure d'éthidium est un colorant fluorescent qui émet une fluorescence très faible lorsqu'il change librement de conformation en solution. Cependant, dès qu'il s'intercale entre les paires de bases dans la double hélice des acides nucléiques et se lie aux molécules d'ADN, il produit une fluorescence intense. C'est pourquoi le bromure d'éthidium est couramment ajouté lors de l'électrophorèse sur gel pour colorer l'ADN. Puces à ADN (bio-puces) : Les sondes génomiques doivent être marquées par des colorants fluorescents, et les séquences cibles sont finalement identifiées en analysant les signaux fluorescents obtenus. Dosage immunofluorescent en immunologie : Les anticorps sont marqués par des colorants fluorescents, ce qui permet aux chercheurs de déterminer la localisation et la nature des antigènes grâce à la distribution et à la morphologie de la fluorescence. Cytométrie en flux (également appelée triage cellulaire activé par fluorescence, FACS) : Les cellules échantillon sont marquées par des colorants fluorescents, puis excitées par des faisceaux laser afin de produire une fluorescence spécifique. La fluorescence émise est détectée par un système optique et transmise à un ordinateur pour analyse, révélant ainsi diverses caractéristiques des cellules. La technologie de fluorescence est également appliquée pour détecter et analyser les structures moléculaires de l'ADN et des protéines, notamment celles des macromolécules biologiques complexes. La protéine luminescente de méduse a été isolée pour la première fois à partir de l'organisme marin Aequorea victoria. En présence d'ions calcium, elle émet une fluorescence verte. Cette propriété a été exploitée pour observer en temps réel le mouvement des ions calcium à l'intérieur des cellules. La découverte de la protéine luminescente de méduse a stimulé de nouvelles recherches sur les méduses marines et a conduit à l'identification de la protéine fluorescente verte (GFP). La chaîne polypeptidique de la GFP contient une structure chromophore unique qui lui permet d'émettre une fluorescence verte stable lorsqu'elle est exposée à la lumière ultraviolette, sans nécessiter de cofacteurs supplémentaires ni de traitements spéciaux. Par conséquent, la GFP et les protéines apparentées sont devenues des outils essentiels dans la recherche en biochimie et en biologie cellulaire. Microscopie à fluorescence : La microscopie à fluorescence par réflexion totale interne — de nombreuses biomolécules possèdent une fluorescence intrinsèque et peuvent émettre une fluorescence sans avoir besoin de groupes chimiques supplémentaires. Parfois, cette fluorescence intrinsèque peut changer en réponse aux conditions environnementales, ce qui permet d'utiliser cette sensibilité à l'environnement pour détecter la distribution et les propriétés des molécules. Par exemple, la bilirubine, lorsqu'elle se lie à un site spécifique de l'albumine sérique, émet une fluorescence intense. De même, lorsque les globules rouges manquent de fer ou contiennent du plomb, ils produisent de la protoporphyrine zinc au lieu de l'hème normal (hémoglobine) ; la protoporphyrine zinc présente une fluorescence intense et peut ainsi être utilisée pour aider à identifier la cause sous-jacente de certaines maladies.

Gemmologie, minéraux

Les gemmes, minéraux, fibres et autres matériaux pouvant servir de preuves médico-légales peuvent émettre une fluorescence aux caractéristiques variées lorsqu'ils sont exposés à un rayonnement ultraviolet ou à des rayons X.

Les rubis, les émeraudes et les diamants peuvent émettre une fluorescence rouge sous une lumière ultraviolette à courte longueur d'onde. Les émeraudes, le topaze (jade jaune) et les perles peuvent également fluorescer sous la lumière ultraviolette. De plus, les diamants peuvent présenter une phosphorescence sous les rayons X.

Distinction conceptuelle

La luminescence induite par l'excitation par la lumière (généralement des rayons ultraviolets ou des rayons X) est appelée photoluminescence ; elle englobe des phénomènes tels que la fluorescence et la phosphorescence. La luminescence provoquée par des réactions chimiques est connue sous le nom de chimiluminescence ; les bâtons fluorescents utilisés lors des concerts émettent de la lumière grâce à une réaction chimique déclenchée par le mélange de deux produits chimiques liquides. La luminescence induite par les rayons cathodiques (un faisceau d'électrons à haute énergie) est appelée cathodoluminescence — c'est précisément ainsi que l'écran fluorescent du tube cathodique d'un téléviseur émet de la lumière. Le phénomène de luminescence froide chez les organismes vivants est appelé bioluminescence ; par exemple, la lumière émise par les lucioles est désignée sous le terme « yingguang ». Dans la langue chinoise ancienne, le caractère « ying » était utilisé indifféremment avec « ying », et dans certaines régions où l'on parle chinois, le caractère « ying » est spécifiquement associé aux insectes. À Taïwan, la fluorescence est souvent désignée sous le nom de « yingguang » ; en Chine continentale, on parle plutôt de « yingguang », tandis que « yingguang » fait généralement référence plus précisément à la lumière émise par les lucioles.

Instrument

La mesure de fluorescence nécessite absolument un instrument. L'instrument couramment utilisé pour détecter la quantité de fluorescence contenue dans une substance s'appelle un spectrophotomètre de fluorescence.

La structure de base d'un analyseur de fluorescence comprend : une source de lumière d'excitation, un monochromateur d'excitation, une chambre à échantillon, un monochromateur d'émission et un système de détection.

1. Lorsque vous manipulez des lentilles optiques, portez toujours des doigtiers. Si vos mains entrent en contact avec des substances telles que des acides ou des sels susceptibles de corroder facilement la surface du verre, ne touchez pas directement les lentilles optiques avec vos mains nues. Cela pourrait laisser des traces sur les lentilles. Si ces traces sont laissées sans traitement pendant une période prolongée, elles pourraient devenir des taches permanentes, altérant négativement la qualité d’imagerie des composants optiques.

2. Lorsque vous manipulez des lentilles optiques, faites-le avec précaution. De nombreuses lentilles optiques sont en verre et sont susceptibles de se cabosser, d'avoir des bords ébréchés ou des rayures.

3. Lorsque vous manipulez des lentilles optiques mobiles, tenez toujours les bords des lentilles — ne touchez jamais directement les surfaces optiques. Même lorsque vous portez des doigtiers, évitez tout contact direct avec les surfaces des lentilles.

4. Lorsque vous n'utilisez pas de lentilles optiques, placez-les sur une surface douce. Ne posez pas les lentilles directement sur du verre, du métal, des bureaux ou des surfaces en papier sales, car cela pourrait facilement endommager les lentilles par des rayures.

5. Lorsqu'il y a de la poussière sur la surface de l'objectif, utilisez une poire à oreille propre pour souffler doucement la poussière.

6. Lorsque l'objectif présente des taches ou des traces de sueur, essuyez-le délicatement à l'aide d'un papier nettoyant pour lentilles ou d'un chiffon en soie humidifié avec de l'alcool ou de l'acétone.

7. Lorsque vous rangez les lentilles, enveloppez-les dans du papier condensateur propre ou dans des lingettes nettoyantes pour lentilles. Rangez-les dans un environnement à température modérée — autour de 23°C — et avec un taux d'humidité inférieur à 40 %. Si possible, conservez-les dans une armoire déshydratante.

8. Lors du stockage des lentilles, ne superposez pas les lentilles optiques les unes sur les autres ; chaque lentille doit être placée séparément sans chevauchement.

9. Lorsque les verres se salissent, nettoyez-les immédiatement – mais prenez garde à ne pas les rayer, car la poussière peut facilement provoquer des rayures sur les verres.

Un lecteur d'immunodosage lié à une enzyme (ELISA), également appelé détecteur ELISA, est un instrument spécialisé conçu pour être utilisé dans les dosages immunologiques liés à une enzyme. En substance, il s'agit d'un type de spectrophotomètre ou colorimètre spécialisé et modifié. Son principe de fonctionnement de base ainsi que ses principaux composants structurels sont fondamentalement identiques à ceux d'un spectrophotomètre conventionnel. Les lecteurs ELISA peuvent être globalement classés en deux types : semi-automatique et entièrement automatique. Cependant, leurs principes de fonctionnement sous-jacents sont essentiellement identiques ; au cœur de ces appareils se trouve un colorimètre – un dispositif qui utilise l'analyse colorimétrique pour déterminer la concentration d'antigènes ou d'anticorps.

Qu'est-ce que le dosage immunoenzymatique ?

L'essai immunosorbant lié à une enzyme, souvent abrégé en ELISA, est un type de technique de marquage qui a évolué à partir de la technologie des anticorps fluorescents et du dosage immuno- isotopique. Il s'agit d'une technique moderne qui est sensible, spécifique, rapide et pouvant être automatisée.

Le principe de base du dosage immunoenzymatique (ELISA) consiste à conjuguer un antigène ou un anticorps à une enzyme à l'aide d'un agent de couplage, produisant ainsi un antigène ou un anticorps conjugué à une enzyme. Cet antigène ou cet anticorps conjugué à une enzyme peut réagir spécifiquement avec l'antigène ou l'anticorps correspondant immobilisé sur un support en phase solide ou présent dans les tissus, formant ainsi un complexe immunitaire stable qui conserve son activité biologique. Lorsqu'un substrat approprié est ajouté, celui-ci est catalysé par l'enzyme, entraînant une réaction colorée caractéristique. L'intensité de la couleur est directement proportionnelle à la concentration de l'antigène ou de l'anticorps correspondant.

Puisque cette technologie repose sur la réaction antigène-anticorps et sur l'action catalytique extrêmement efficace des enzymes, elle présente une sensibilité et une spécificité élevées, ce qui en fait une technique d'analyse immunologique particulièrement robuste.

Le principe d'un lecteur pour le dosage immunoenzymatique (ELISA).

Un lecteur d'immunodosage lié à une enzyme (ELISA) est un instrument qui fonctionne sur le principe de la marquage enzymatique. Il ressemble à un spectrophotomètre ou à un colorimètre modifié, et son principe de fonctionnement de base ainsi que ses principaux composants structurels sont essentiellement identiques à ceux d'un spectrophotomètre conventionnel.

Les ondes lumineuses émises par la source lumineuse sont filtrées à l'aide d'un filtre ou d'un monochromateur afin de devenir un faisceau de lumière monochromatique, qui pénètre ensuite dans le réseau de microtrous en plastique contenant l'échantillon à mesurer. Une partie de cette lumière monochromatique est absorbée par l'échantillon, tandis que le reste le traverse et frappe un détecteur photoélectrique. Ce détecteur photoélectrique convertit ces signaux lumineux de intensité variable provenant de l'échantillon en signaux électriques correspondants. Après avoir subi un traitement du signal — incluant une préamplification, une amplification logarithmique et une conversion analogique-numérique — les signaux électriques sont envoyés à un microprocesseur pour traitement et calcul des données. Enfin, les résultats sont affichés sur un moniteur et imprimés par une imprimante.

Le microprocesseur commande également le mécanisme d'entraînement mécanique afin de déplacer la microplaque dans les directions X et Y par l'intermédiaire d'un circuit de contrôle, automatisant ainsi le processus de chargement des échantillons et de détection. En revanche, certains autres lecteurs ELISA reposent sur un déplacement manuel de la microplaque pour la détection, ce qui élimine la nécessité de mécanismes d'entraînement mécanique et de circuits de contrôle dans les directions X et Y. Par conséquent, ces instruments sont plus compacts et présentent une structure plus simple.

Une microplaque est une plaque en plastique transparente pré-revêtue et spécifiquement conçue pour contenir des échantillons destinés à l'analyse. Cette plaque comporte plusieurs rangées de puits petits, identiques et de taille uniforme, chacun contenant un antigène ou un anticorps correspondant. Chaque puits de la microplaque peut accueillir quelques dixièmes de millilitre de solution. Les spécifications courantes incluent les plaques à 40 puits, les plaques à 55 puits, les plaques à 96 puits, et d'autres encore. Différents instruments sont équipés de microplaques aux spécifications variées, permettant soit une détection par puits individuels, soit une détection rangée par rangée.

Les lecteurs d'enzymes mesurent l'absorbance de l'analyte à une longueur d'onde spécifique. Avec l'évolution des méthodes de détection, les lecteurs d'enzymes de bureau à unité unique équipés de plusieurs modes de détection sont appelés lecteurs d'enzymes multifonctionnels. Ces lecteurs peuvent détecter l'absorbance (Abs), l'intensité de fluorescence (FI), la fluorescence résolue en temps (TRF), la polarisation de fluorescence (FP) et la chimiluminescence (Lum).

Du point de vue du principe, les lecteurs de microplaques peuvent être classés en deux catégories : les lecteurs de microplaques à réseau et les lecteurs de microplaques à filtre. Les lecteurs de microplaques à réseau peuvent sélectionner n'importe quelle longueur d'onde dans la gamme du spectre de la source lumineuse, tandis que les lecteurs de microplaques à filtre, en fonction des filtres sélectionnés, ne peuvent détecter que des longueurs d'onde spécifiques.

Structure du lecteur de microplaques

La lumière monochromatique utilisée dans les lecteurs d'enzymes peut être obtenue soit par l'intermédiaire de filtres cohérents, soit à l'aide d'un monochromateur identique à celui que l'on trouve dans les spectrophotomètres. Lorsqu'on utilise des filtres comme dispositifs de filtration, tout comme dans les colorimètres conventionnels, ces filtres peuvent être placés soit devant, soit derrière la microplaque ; dans les deux cas, l'effet est le même. La lumière émise par la lampe source traverse une lentille condenseur et une ouverture, puis atteint un miroir. Après avoir été réfléchie à un angle de 90° par le miroir, la lumière se propage verticalement à travers la solution colorimétrique, puis passe à travers le filtre avant d'atteindre le phototube.

Les lecteurs de microplaques peuvent être classés en deux types : à canal unique et multicanaux. Les lecteurs à canal unique se déclinent, à leur tour, en deux variétés : automatiques et manuels. Les modèles automatiques sont équipés de mécanismes d'entraînement mécanique dans les directions X et Y, ce qui leur permet de déplacer séquentiellement, un par un, les petits puits d'une microplaque sous le faisceau lumineux pour effectuer les tests. En revanche, les modèles manuels reposent sur le déplacement manuel de la microplaque pour réaliser les mesures.

À partir du lecteur de microplaques à canal unique, des lecteurs de microplaques multicanaux ont été développés. Ces lecteurs multicanaux sont généralement automatisés. Ils sont équipés de plusieurs faisceaux lumineux et de plusieurs photodétecteurs — par exemple, un instrument à 12 canaux comporte 12 faisceaux lumineux ou 12 voies optiques, 12 détecteurs et 12 amplificateurs. Sous l'impulsion mécanique dans la direction X, les échantillons sont scannés séquentiellement par rangées de 12. Les lecteurs de microplaques multicanaux offrent une vitesse de détection rapide, mais leur structure est plus complexe et ils présentent un prix supérieur.