Darwin Quiroz explore de nouvelles frontières dans le domaine des lasers miniatures ayant des applications biomédicales majeures.
Lorsque Quiroz a commencé à travailler dans le domaine de l'optique alors qu'il était étudiant, il développait des magnétomètres atomiques. Cette expérience a suscité une curiosité croissante quant à la façon dont la lumière interagit avec la matière, un intérêt qui l’a maintenant conduit vers une nouvelle technique d’imagerie optique.
Quiroz, doctorant au Département de génie électrique, informatique et énergétique de l'Université du Colorado à Boulder, est co-premier auteur d'une nouvelle étude qui démontre comment un dispositif optique à base de fluide connu sous le nom de prisme d'électromouillage peut être utilisé pour diriger des lasers à grande vitesse pour des applications d'imagerie avancées.
Les travaux publiés dans Optics Express, menés en collaboration avec Eduardo Miscles, titulaire d'un doctorat en génie mécanique, et Mo Zohrabi, associé de recherche principal, ouvrent la porte à de nouvelles technologies en microscopie, LiDAR, communications optiques et même imagerie cérébrale.
La plupart des scanners laser utilisent aujourd'hui des miroirs mécaniques pour diriger les faisceaux de lumière. Notre approche remplace cela par un dispositif transmissif non mécanique, plus petit, moins gourmand en énergie et potentiellement plus facile à transformer en systèmes d'imagerie miniatures. »
Darwin Quiroz, doctorant au Département de génie électrique, informatique et énergétique de l'Université du Colorado à Boulder
La microscopie à balayage laser traditionnelle fonctionne en dirigeant un faisceau de lumière focalisé sur un échantillon comme une grille, une ligne à la fois. Cette méthode fournit des images puissantes et haute résolution des cellules et des neurones, mais elle nécessite un pilotage rapide et précis du faisceau laser.
C'est là qu'intervient le prisme électromouillant. Contrairement aux miroirs solides, le prisme utilise une fine couche de fluide dont la surface peut être contrôlée avec précision par une tension. En modifiant la forme du liquide, les chercheurs peuvent plier et orienter les faisceaux lumineux sans déplacer les pièces mécaniques.
Les travaux antérieurs avec des prismes d'électromouillage se limitaient à des vitesses de balayage lentes ou à une orientation de faisceau unidimensionnelle.
Quiroz et Miscles ont poussé la technologie plus loin, démontrant une numérisation bidimensionnelle à des vitesses de 25 à 75 Hz, une étape importante vers la réalisation d'appareils pratiques pour l'imagerie du monde réel.
« Un grand défi consistait à apprendre à piloter l'appareil de manière à produire un balayage linéaire et prévisible sans distorsion », a déclaré Quiroz. « Nous avons découvert que le prisme possède des modes de résonance comme les ondes stationnaires que nous pourrions réellement exploiter pour scanner à des vitesses plus élevées. »
La promesse de cette technologie s’étend bien au-delà du laboratoire. Étant donné que les prismes d'électromouillage sont compacts et économes en énergie, ils pourraient être intégrés dans des microscopes miniatures suffisamment petits pour reposer sur la tête d'une souris.
« Imaginez pouvoir observer l'activité cérébrale en temps réel pendant qu'un animal traverse un labyrinthe », a déclaré Quiroz. « C'est le genre d'imagerie in vivo que cette technologie pourrait permettre et pourrait transformer la façon dont nous étudions les maladies neurologiques comme le SSPT ou la maladie d'Alzheimer. »
Le projet s'appuie sur des travaux antérieurs menés dans les laboratoires Gopinath et Bright, où l'ancien doctorant Omkar Supekar a intégré pour la première fois un prisme d'électromouillage dans un système de microscope pour un balayage unidimensionnel.
En étendant la technique en deux dimensions et à des vitesses plus élevées, Quiroz et Miscles ont établi un cadre pour calibrer et caractériser les scanners d'électromouillage pour un large éventail d'applications.
Pour l’avenir, Quiroz espère que cette recherche améliorera non seulement les systèmes d’imagerie, mais inspirera également de futures collaborations dans tous les domaines.
« Ce travail montre ce qui est possible lorsque l'on combine des approches physiques et techniques », a déclaré Quiroz. « Le but ultime est de créer des outils qui nous aident à voir et à comprendre le cerveau d'une manière que nous ne pouvions pas auparavant. »
