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Microscopie vibrationnelle OPTIR: application a la caractérisation de la graine de brassica juncea

2024, Revue française d'histotechnologie, vol: 36, n°:1, p 93-106

WINCKLER Pascale1,2, BONNOT Emma1, LAVAUD Matéo1,2, PERRIER-CORNET Jean-Marie1,2, CHAMPION Dominique1

DOI : 

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1 : UMR Procédés Alimentaires et Microbiologiques, Institut Agro Dijon, Université de Bourgogne Franche-Comté, 1, Esplanade Erasme, 21000 Dijon, France.
2 : Dimacell Imaging Facility, Institut Agro Dijon, Université de Bourgogne Franche-Comté, 1 Esplanade Erasme, 21000 Dijon, France.

Résumé :

La spectroscopie vibrationnelle utilise le fait que les molécules possèdent des fréquences spécifiques pour lesquelles elles tournent ou vibrent avec des niveaux d’énergie discrets appelés modes de vibrations. Ces modes de vibrations absorbent dans le domaine du proche et lointain infrarouge (IR) (de 2 μm à 1000 μm) et peuvent être utilisés comme des signatures moléculaires. Deux phénomènes sont usuellement exploités pour l’imagerie vibrationnelle, l’absorption infrarouge et la diffusion Raman. Ce sont des méthodes non destructives et sans marquage qui permettent l’identification de la composition moléculaire d’un échantillon. Les fréquences des modes de vibrations peuvent être considérées comme liées à la force de la liaison et aux masses atomiques d’une liaison particulière, d’un ensemble de liaisons au sein d’une molécule ou d’un groupe fonctionnel. Les fréquences d’un spectre de vibration d’un matériau donné sont donc caractéristiques de chacune des liaisons des constituants de ce matériau. La spectroscopie vibrationnelle est une méthode de caractérisation largement utilisée en sciences du vivant. La technique OPTIR (Optical PhotoThermal InfraRed spectroscopy) est une nouvelle technique de spectroscopie vibrationnelle utilisant un laser à cascade quantique (QCL) moyen-IR pulsé et accordable, qui induit des effets photothermiques à la surface d’un échantillon lorsque la longueur d’onde IR correspond à l’énergie d’un mode de vibration (i.e. quand l’énergie du laser est absorbée). Cet effet photothermique est mesuré à l’aide d’un laser de sonde, de longueur d’onde dans le visible, focalisé à la surface de l’échantillon. Cette technologie permet des mesures de spectroscopie IR classique ainsi que la réalisation d’images chimiques d’absorption IR, avec une résolution spatiale indépendante de la longueur d’onde IR, submicronique, identique à celle de l’imagerie photonique classique. L’OPTIR offre une mesure d’absorption IR de qualité, sans contact avec la surface. L’objectif de cet article est de présenter cette technique d’imagerie novatrice ainsi qu’une application à la caractérisation de la graine de Brassica juncea.

Mots-clés :

Graine de moutarde, Infrarouge, Microscopie, OPTIR, Spectroscopie vibrationnelle.

English title :

OPTIR vibrational microscopy applied to brassica juncea seeds characterisation

Abstract :

Vibrational spectroscopy is the science of measuring which wavelengths of light are absorbed by a molecule. The absorption bands arise from quantized changes in the energy of mutual atomic vibrations within the molecule. These vibrational modes absorb in the near and far infrared (IR) range (from 2 μm to 1000 μm) and can be used as molecular signatures. Two phenomena are usually exploited for vibrational imaging: infrared absorption and Raman scattering. These are non-destructive, label-free methods that can be used to identify the molecular composition of a sample. The frequency of vibrations can therefore be characteristic of a particular chemical bond. Vibrational spectroscopy is a widely used characterization method in the life sciences. OPTIR (Optical PhotoThermal InfraRed spectroscopy) is a new vibrational spectroscopy technique which uses a pulsed and tunable medium-IR quantum cascade laser (QCL) to induce photothermal effects at the surface of a sample when the wavelength is corresponding to a vibrational mode energy (i.e. when the laser energy is absorbed). This photothermal effect is measured using a visible probe laser focused on the sample. This technology enables IR spectroscopy and IR chemical imaging, with spatial resolution independent of IR wavelength.

Keywords : 

Infrared, Microscopy, Mustard seed, OPTIR, Vibrational spectroscopy.

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Comment citer cet article (How to cite this article) :

WINCKLER Pascale1,2, BONNOT Emma1, LAVAUD Matéo1,2, PERRIER-CORNET Jean-Marie1,2, CHAMPION Dominique1 2024, Microscopie vibrationnelle OPTIR : application a la caractérisation de la graine de brassica juncea, Revue française d'histotechnogie, vol: 36, n° 1, p: 93-106

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