FR3042595A1 - Dispositif optique de detection - Google Patents

Abstract

Dispositif optique (1) comportant : une source laser (2) apte à délivrer un faisceau laser présentant une longueur d'onde d'excitation, un support d'échantillon (9) de matière à sonder, un système optique entre la source laser et le support d'échantillon, et un organe de détection (14) apte à détecter un signal rétrodiffusé présentant une longueur d'onde de détection égale à la moitié de la longueur d'onde d'excitation, dans lequel le système optique (1) comprend : un dispositif de focalisation (8), et un dispositif de séparation de longueur d'onde (11) apte à être traversé par le faisceau laser présentant la longueur d'onde d'excitation et à séparer spatialement le signal rétrodiffusé présentant la longueur d'onde de détection d'un signal rétrodiffusé présentant la longueur d'onde d'excitation, l'organe de détection (14) étant agencé pour recevoir le signal rétrodiffusé présentant la longueur d'onde de détection et séparé du signal rétrodiffusé présentant la longueur d'onde d'excitation.

Description

Domaine technique L’invention se rapporte au domaine des dispositifs optiques de détection, notamment de génération de second harmonique, en particulier aux dispositifs optiques de détection de cristaux.

Arrière-plan technologique

La cristallisation d’une protéine ou d’un fragment d’acide nucléique ciblée est un processus multiparamétrique impossible à contrôler a priori. Les cristallographes dans le domaine des macromolécules sont dans l'obligation de réaliser de multiples expériences en faisant varier les agents cristallisants ainsi que leur concentration (typiquement des sels), le pH de la solution ou encore la concentration de la protéine. Ces exercices de tri de masse peuvent donc rapidement comporter des milliers de conditions d’essais. Comme la croissance d’un cristal dépend du temps, il est nécessaire d’analyser toutes ses conditions périodiquement, ce qui devient très vite chronophage.

La détection des cristaux peut être basée sur la détection d’arêtes ainsi que sur la différence de contraste en lumière blanche. Cependant, des précipités amorphes ou des peaux de gouttes de cristallisation asséchées peuvent également présenter des arêtes et ainsi conduire à de faux-positifs en lumière blanche. Des précipités amorphes peuvent aussi être susceptibles de cacher des cristaux conduisant à des faux-négatifs. Enfin, au cours de ces expériences de cristallisation de nombreuses autres espèces sont susceptibles de donner des cristaux sans pour autant être la macromolécule d’intérêt (par exemple les sels). La diffraction des rayons X est la technique de choix pour la détermination de structures tridimensionnelles à partir de monocristaux et permet l’identification des molécules cristallisées. Cependant cette technique nécessite des cristaux de taille suffisante pour être montés sur un goniomètre de diffractomètre. Cette technique n’est pas appropriée à la détection précoce de conditions de cristallisation parmi les nombreux essais d’un tri de masse. Résumé

Une idée à la base de l’invention est de sonder rapidement et à bas coût un échantillon de matière afin de détecter l’existence de cristaux non centro-symétriques.

Selon un mode de réalisation, l’invention fournit un dispositif optique comportant : une source laser apte à délivrer un faisceau laser présentant une longueur d’onde d’excitation, un support d’échantillon apte à recevoir un échantillon de matière à sonder, un système optique agencé entre la source laser et le support d’échantillon et configuré pour projeter le faisceau laser sur le support d’échantillon, et un organe de détection apte à détecter un signal rétrodiffusé présentant une longueur d’onde de détection égale à la moitié de la longueur d’onde d’excitation, afin de détecter l’existence de cristaux non centro-symétriques dans l’échantillon, dans lequel le système optique comprend : un dispositif de focalisation configuré pour générer un point de focalisation de diamètre supérieur à 10μιτι au niveau du support d’échantillon, et un dispositif de séparation de longueur d’onde apte à être traversé par le faisceau laser présentant la longueur d’onde d’excitation dans la direction allant de la source laser vers le support d’échantillon, et apte à séparer spatialement le signal rétrodiffusé présentant la longueur d’onde de détection d’un signal rétrodiffusé présentant la longueur d’onde d’excitation, les signaux rétrodiffusés étant en provenance du support d’échantillon, l’organe de détection étant agencé pour recevoir le signal rétrodiffusé présentant la longueur d’onde de détection et séparé du signal rétrodiffusé présentant la longueur d’onde d’excitation.

Grâce à ces caractéristiques le dispositif optique permet de détecter la présence de cristaux non-linéaires présents dans une superficie d’environ 300pm2.

Selon des modes de réalisation, un tel dispositif optique peut comporter une ou plusieurs des caractéristiques suivantes.

Selon un mode de réalisation, le dispositif optique comporte en outre des moyens de déplacement configurés pour générer un déplacement relatif contrôlé entre le point de focalisation et l’échantillon selon une direction transversale à la direction du faisceau laser.

Grâce à ces caractéristiques, le dispositif optique peut être utilisé pour balayer une goutte d’un échantillon afin de détecter si des cristaux non-linéaires sont présents dans la goutte de l’échantillon. L’échantillon de matière est un échantillon de matière dont on doit déterminer s’il comporte ou non des cristaux de protéines ne présentant pas de centre d’inversion. Ces cristaux sont appelés cristaux non centro-symétriques, ou cristaux non linéaires.

Selon un mode de réalisation, la direction transversale est une première direction transversale, et les moyens de déplacement sont configurés en outre pour générer un déplacement relatif contrôlé entre le point de focalisation et le support d’échantillon selon une seconde direction transversale à la direction du faisceau laser.

Selon un mode de réalisation, le système optique comporte un miroir configuré pour réfléchir le faisceau laser présentant la longueur d’onde d’excitation et le moteur est un système galvanométrique accouplé audit miroir afin de déplacer le point de focalisation dans la direction transversale à la direction du faisceau laser.

De préférence, dans ce cas, le système galvanométrique est configuré pour produire un pas de déplacement du point de focalisation inférieure à 100pm selon la première et/ou la seconde direction transversale à la direction du faisceau laser, de préférence inférieure à 10pm.

Grâce à ses caractéristiques, les moyens de déplacement permettent un baiayage fin de i'échantillon, avec une précision de Tordre de lOpm.

Selon un mode de réalisation, les moyens de déplacement permettent également un balayage grossier, pas-à-pas, de l’échantillon. Pour permettre le balayage grossier, selon un mode de réalisation, les moyens de déplacement comportent en outre un moteur pas-à-pas afin de permettre le balayage pas-à-pas de l’échantillon.

Selon un mode de réalisation, le moteur pas-à-pas est configuré pour déplacer le point de focalisation au niveau du support d’échantillon selon un pas supérieur au diamètre du point de focalisation, de préférence supérieur à 100pm.

Selon un mode de réalisation, la valeur du pas du balayage pas-à-pas de l’échantillon correspond à l’espace entre deux puits d’une plaque Greiner. Par exemple, le support d’échantillon est une plaque Greiner de 96 puits ou de 384 puits normalisée, portant une goutte dans chaque puit, c’est-à-dire par example 96 ou 384 échantillons de matières sur la même plaque. Le balayage grâce au moteur pas-à-pas permet de déplacer le support d’échantillon relativement au point de focalisation afin de placer pas-à-pas le point de focalisation sur chacun des puits.

Selon un mode de réalisation alternatif, le moteur pas-à-pas est configuré pour déplacer le point de focalisation au niveau du support d’échantillon avec une précision au micron prêt.

Selon un mode de réalisation, la source laser délivre un faisceau laser de puissance optique moyenne inférieure à 2W, de préférence entre 1W et 1,2W.

Selon un mode de réalisation, l’organe de détection comporte un photomultiplicateur. Grâce à ces caractéristiques, le signal rétrodiffusé peut être détecté afin de détecter la génération de second harmonique dans des cristaux non-linéaires générés par exemple par cristallogenèse de macromolécules de protéines.

Selon un mode de réalisation, l’organe de détection est configuré pour intégrer le signal rétrodiffusé reçu pendant un temps d’intégration supérieur à 1 ps.

Selon un mode de réalisation, les moyens de déplacement sont configurés pour déplacer le point de focalisation au niveau du support d’échantillon par pas successifs périodiquement selon une période supérieure au temps d’intégration.

Selon un mode de réalisation, le dispositif optique comporte en outre une mémoire configurée pour stocker des coordonnées spatiales du support d’échantillon ou du point de focalisation correspondant à chaque acquisition de mesure, par l’organe de détection, du signal rétrodiffusé présentant la longueur d’onde de détection. Par exemple, la mémoire est synchronisée avec l’organe de détection de sorte à ce que les coordonnées spatiales du support d’échantillon ou du point de focalisation soient automatiquement enregistrées à chaque détection par l’organe de détection, du signal rétrodiffusé présentant la longueur d’onde de détection.

Selon un mode de réalisation, la source laser est une source laser impulsionnelle, de préférence une source laser femtoseconde.

Selon un mode de réalisation, la source laser impulsionnelle produit des impulsions de durée comprise entre 50fs et 500fs.

Ce dispositif peut être utilisé sur différentes longueur d’onde d’excitation en fonction des matériaux à sonder. Selon un mode de réalisation, la source laser est accordable en longueur d’onde d’excitation. Selon un mode de réalisation, la longueur d’onde d’excitation est supérieure à 280 nm, de préférence supérieure à 400nm. Un des avantages de cette plage de longueurs d’onde d’excitation est de ne pas détruire le plastique, ce qui permet de détecter la présence de cristaux non-iinéaires dans des échantillons de matières posés dans des plaques en plastique. Un des avantages de cette plage de longueurs d’onde d’excitation est de ne pas endommager les cristaux non-linéaires en formation.

De nombreuses longueurs d’onde d’excitation sont disponibles pour permettre la génération de second harmonique dans des cristaux non-linéaires générés par exemple par cristallogenèse de macromolécules de protéines.

Dans un mode de réalisation, la source laser présente une longueur d’onde d’excitation λ=1030nm. Un des avantages de cette source laser est d’être disponible à bas coût sur le marché.

Dans un mode de réalisation, la source laser présente une longueur d’onde d’excitation A=800nm.

Selon un mode de réalisation, le dispositif optique comporte en outre un filtre devant l’organe de détection, le filtre étant apte à couper des signaux optiques parasites présentant la longueur d’onde d’excitation et de laisser passer le signal rétrodiffusé présentant la longueur d’onde de détection.

Selon un mode de réalisation, le point de focalisation présente un diamètre supérieur à quelques dizaines de micromètres. Selon un mode de réalisation, le diamètre du point de focalisation est supérieur à 20pm.

Selon un mode de réalisation, l’invention fournit un appareil optique comprenant le dispositif optique tel que décrit précédemment, et un système d’imagerie optique, l'appareil optique comportant en outre un tube coulissant apte à coulisser entre une première position et une deuxième position, le dispositif de séparation de longueur d’onde du dispositif optique étant agencé dans le tube coulissant de sorte à être traversé par le faisceau laser présentant la longueur d’onde d’excitation dans la direction allant de la source laser vers le support d’échantillon dans la première position du tube coulissant, le système d’imagerie optique comportant : une source lumineuse apte à émettre un flux lumineux, une caméra, un dispositif réfléchissant, et un dispositif semi-réfléchissant apte à être traversé par le flux lumineux en direction du dispositif réfléchissant et à réfléchir un flux lumineux rétrodiffusé en provenance du support d’échantillon vers la caméra, le dispositif réfléchissant étant apte à réfléchir le flux lumineux dans la direction du dispositif de focalisation, et à réfléchir un flux lumineux rétrodiffusé en provenance du support d’échantillon vers le dispositif semi-réfléchissant, la caméra étant apte à détecter le flux lumineux rétrodiffusé, le dispositif réfléchissant étant agencé dans le tube coulissant à une position espacée du dispositif de séparation de longueur d’onde de sorte à réfléchir le flux lumineux rétrodiffusé dans la seconde position du tube coulissant, afin que la première position soit une position d’utilisation du dispositif optique et que la deuxième position soit une position d’utilisation du système d’imagerie optique.

Selon un mode de réalisation, l’invention fournit en outre une utilisation du dispositif décrit ci-dessus pour détecter l’existence de cristaux non centro-symétriques dans l’échantillon, comprenant les étapes consistant à : • déposer un échantillon de matière à sonder sur le support d’échantillon, • délivrer le faisceau laser, et • détecter le signal rétrodiffusé.

Selon un mode de réalisation, l’échantillon de matière comporte au moins un élément sélectionné dans la liste consistant en : toute molécule d’intérêt biologique, substances naturelles cristallisées optiquement actives en génération de second harmonique, substances naturelles cristallisées en excédant énantiomérique, protéines et acide nucléique.

Certains aspects de l’invention partent de l’idée de fournir un dispositif optique de détection de cristaux apte à détecter des cristaux in-situ, c’est-à-dire les cristaux non-linéaires présents dans des échantillons en cours de cristallisation.

Brève description des figures L’invention sera mieux comprise, et d'autres buts, détails, caractéristiques et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement au cours de la description suivante de plusieurs modes de réalisation particuliers de l’invention, donnés uniquement à titre illustratif et non limitatif, en référence aux dessins annexés. • La figure 1 est une représentation schématique d’un dispositif optique de détection selon l’invention. • La figure 2 est une représentation schématique d’un appareil comportant le dispositif optique de détection de la figure 1 associé à un système d’imagerie. • La figure 3 est une représentation schématique de l’appareil de la figure 2 dans une position d’utilisation du système d’imagerie.

Description détaillée de modes de réalisation

En référence à la figure 1, un dispositif optique de détection 1 selon un mode de réalisation de l’invention va être décrit.

Le dispositif optique de détection 1 comporte un laser 2 pulsé femtoseconde pour émettre un faisceau laser 100 présentant la longueur d’onde d’excitation A=1030nm, la puissance P=1W et produisant des impulsions de 200 fs. Le laser 2 émet le faisceau laser 100 dans une direction X. Afin de contrôler la puissance optique du faisceau laser 100, un module de contrôle 3 de la puissance optique est agencé en sortie du laser 2. Par exemple, le module de contrôle 3 peut consister en une lame demi-onde et deux prismes accolés polarisant, par exemple un Glan Taylor.

En sortie du module de contrôle 3, le faisceau laser 100 de puissance contrôlée est réfléchi par un premier miroir 4 qui est un miroir plan parfaitement réfléchissant pour la longueur d’onde d’excitation Â=1030nm. Puis, le faisceau laser 100 est réfléchi à nouveau par un second miroir 5 similaire au premier miroir 4. Le premier miroir 4 et le second miroir 5 sont agencés de sorte à ce que l’angle d’incidence du faisceau laser 100 sur chacun d’eux soit environ égal à π/4 dans le plan de la figure 1, afin que le faisceau réfléchi par le second miroir soit dans la même direction que le faisceau incident sur le premier miroir 4. Ces deux miroirs permettent d’agencer l’ensemble constitué du laser 2 et du module de contrôle 3 en un endroit choisi selon des contraintes d’encombrement mécanique, tout en permettant l’arrivée du faisceau selon la direction X choisie.

Le faisceau réfléchi par le second miroir 5 est orienté par réflexions successives sur des miroirs galvanométriques 6. Les miroirs galvanométriques 6 sont commandés par ordinateur et permettant de diriger le faisceau laser 100 précisément, à la dizaine de micron près, et très rapidement, selon une fréquence de 60Hz pour les petits déplacements et jusqu’à 1kHz pour les grands déplacements. Les miroirs galvanométriques sont au nombre de deux miroirs, chacun fixé à un système galvanométrique. Le premier miroir sert à dévier le faisceau laser 100 dans la direction X, le deuxième dans une direction Y transverse à la direction X. Ainsi, en déplaçant les miroirs de manière adéquate, il est possible de faire effectuer au faisceau la trajectoire voulue dans le plan XY.

Le faisceau laser 100 est donc dirigé vers un collimateur 7 suivant l’axe Z, consistant en une première lentille mobile 71 dans un tube 73 et une seconde lentille fixe 72 dans le tube 73 afin de collimater le faisceau optique 100, c’est-à-dire d’obtenir un faisceau laser 100 non divergeant et de direction Z en sortie du collimateur 7. La lentille mobile 71 est déplacée le long de l’axe Z afin de régler la distance focale du collimateur.

Le faisceau laser 100 en sortie du collimateur traverse un miroir dichroïque 11 transparent pour la longueur d’onde d’excitation λ.

Le faisceau laser 100 ressort du miroir dichroïque dans la même direction Z que la direction qu’il avait en entrée du miroir dichroïque. Ainsi, le faisceau laser est dirigé depuis les miroirs galvanométriques vers un objectif 8. L’objectif 8 permet de focaliser le faisceau laser 100 sur un point de focalisation 18 sur une platine 9. Le point de focalisation 18 est représenté par une croix. La platine 9 est un support d’échantillon plan, dans le plan XY. Le point de focalisation présente un diamètre de 10pm.

La platine 9 est déplaçable selon l’axe Z, comme représenté par la flèche 17, par l’intermédiaire d’un moteur 10 afin de régler la distance entre l’objectif 8 et la platine 9. En effet, la platine 9 est destinée à recevoir un échantillon de matière 16.

Le réglage de la distance entre l’objectif 8 et la platine 9 permet de déplacer le point de focalisation 18 du faisceau laser 100 selon l’axe Z à l’intérieur de l’échantillon de matière 16.

Le réglage de la direction du faisceau laser 100 par les miroirs galvanométriques 6 permet de déplacer le point de focalisation 18 du faisceau laser 100 dans le plan XY de la platine 9. L’échantillon de matière 16 est un échantillon de matière dont on doit déterminer s’il comporte ou non des cristaux non linéaires.

En cas de présence de tels cristaux non linéaires à l’endroit du point de focalisation 18, un signal rétrodiffusé de longueur d’onde de détection λ/2 est émis par les cristaux non linéaires. Ce phénomène est un phénomène non-linéaire appelé Génération de Second Harmonique (SHG en anglais). Le laser 2 est une source laser femtoseconde afin que la puissance crête optique reçue par l’échantillon de matière 16 au point de focalisation 18 soit suffisamment élevée pour permettre la détection d’une telle réponse non-linéaire. En effet, le signal de Second Harmonique n’est détectable qu’au-dessus d’un seuil de puissance reçu.

Le signal rétrodiffusé est diffusé dans toutes les directions de l’espace. Dans la suite, nous appellerons « signal rétrodiffusé 200 » la partie du signal rétrodiffusé qui est diffusée dans la direction de l’axe Z et dans le sens allant de la platine 9 vers le miroir dichroïque 11. Le signal rétrodiffusé 200 est représenté par des pointillés.

Le miroir dichroïque 11 est réfléchissant pour la longueur d’onde de détection λ/2. Le miroir dichroïque 11 est agencé de sorte que l’angle d’incidence du signal rétrodiffusé 200 soit tt/4. Ainsi, le signal rétrodiffusé 200 est réfléchi dans la direction X.

Le dispositif optique de détection 1 comporte en outre un filtre coupant 12 et un filtre passe-bande 13 sur le chemin optique dans la direction X. Le filtre coupant 12 est apte à couper un éventuel signal rétrodiffusé parasite présentant la longueur d’onde λ. Le filtre passe-bande 13 est apte à laisser passer les signaux optiques présentant une longueur d’onde dans une gamme de ±10nm de longueurs d’ondes centrée sur λ/2 afin de filtrer d’éventuels autres signaux parasites et de laisser passer le signal rétrodiffusé 200.

Le dispositif optique de détection 1 comporte un détecteur afin de détecter le signal rétrodiffusé 200 incident. Ce détecteur est un photomultiplicateur 14 apte à amplifier le signal rétrodiffusé 200 afin de le détecter à partir d’une puissance optique seuil de quelques pW. La puissance optique reçue par le photomultiplicateur 14 dépend de la puissance du laser, de la vitesse de balayage, de l’amplification etc. Chaque réponse positive du photomultiplicateur 14 permet de déterminer de façon optimale que le point de focalisation 18 a rencontré un cristal non linéaire dans l’échantillon de matière 16.

La vitesse maximale du déplacement du point de focalisation par les miroirs galvanométriques est imposée par la fréquence d’échantillonnage et par les vitesses de déplacement des miroirs. Par exemple, cette vitesse maximale est de 100kHz.

Le dispositif optique de détection 1 comporte également une mémoire, non représentée, dans laquelle sont stockées les coordonnées spatiales du point de focalisation 18 à chaque détection par le photomultiplicateur 14 de la présence de cristaux non linéaires. Un système automatique peut être prévu pour détecter automatiquement les positions exactes des moteurs des miroirs galvanométriques 6 et du moteur de la plateforme motorisée 10, en réponse à la détection par le photomultiplicateur 14 de la présence de cristaux non linéaires. Cette mémoire est synchronisée avec le photomultiplicateur 14 afin d’associer à la détection d’un signal à la longueur d’onde de détection des coordonnées spatiales. En compilant ces informations de détection et de coordonnées associées, il est possible de recréer une image de l’échantillon. L’expérimentateur utilisant le dispositif optique de détection 1 est donc en mesure, parmi d’autres avantages, de détecter de façon optimale la présence de cristaux non linéaires en effectuant un balayage rapide de l’échantillon de matière 16. Pour cela, il lui suffit de déplacer le point de focalisation 18 comme décrit précédemment. Ainsi, il dispose des coordonnées spatiales de la présence de cristaux non-linéaires dans l’échantillon de matière 16.

Les étapes de mesures décrites ci-dessus s’appliquent à un échantillon de matière 16. Selon un mode de réalisation, l’échantillon de matière 16 est une goutte de solution mère et de molécules d’intérêt biologique dans laquelle un expérimentateur a versé un agent cristallisant, dans une certaine proportion. Cette goutte est placée dans un puit de plaque Greiner, par exemple une plaque de 96 puits. Les molécules d’intérêt biologique sont des protéines, des acides nucléiques ou toutes substances naturelles cristallisées en excédant énantiomérique.

Dans les autres puits de la plaque Greiner, l’expérimentateur a versé un agent de cristallisation dans d’autres proportions, par exemple. Il peut également avoir fait varier d’autres paramètres que la proportion d’agent de cristallisation. Ainsi, l’expérimentateur peut effectuer une batterie de test de cristallisation sur une unique plaque Greiner.

La plateforme motorisée 10 comporte en outre des moteurs de déplacements pas à pas dans les deux directions transversales au faisceau laser. Ainsi, elle permet le déplacement de la plaque Greiner afin de placer le point de focalisation successivement sur chaque puit de la plaque. Ce déplacement pas-à-pas permet de répéter les opérations décrites ci-dessus pour chaque puit de la plaque Greiner. La plateforme motorisée 10 permet ainsi des déplacements d’un puit à l’autre via les moteurs pas à pas de la platine motorisée 10. Sur une plaque Greiner, les puits sont positionnés sur des lignes et des colonnes : la plateforme permet d’effectuer des déplacements n x m correspondant respectivement au nombre de colonne et de ligne de puits présents sur la plaque.

Ce dispositif optique de détection 1 présente les avantages d’être relativement bas coût et de permettre une détection efficace et rapide de la formation de cristaux non-linéaires dans l’échantillon de matière 16. En effet, la résolution du système optique de détection est égale au diamètre du point de focalisation, supérieur à 10pm, et permet toutefois une détection efficace des cristaux non-linéaires.

Ainsi, un tel dispositif de détection permet d’identifier rapidement par balayage d’une goutte d’échantillon de matière 16 si des cristaux non linéaires sont formés, et donc si les conditions de cristallisation testées par l’expérimentateur aboutissent bien à la cristallisation. Ces balayages sont réalisés grâce aux miroirs galvanométriques 6, à l’intérieur de chacun des puits de plaque Greiner.

De plus, la plateforme motorisée 10 permet d’identifier rapidement, en plaçant le point de focalisation successivement sur chacun des puits de la plaque Greiner, dans quel puit se trouve une goutte d’échantillon de matière 16 dans laquelle une cristallisation a abouti.

Un autre avantage de ce dispositif optique de détection 1 est de permettre une détection précoce de la formation des cristaux non-linéaires dans l’échantillon de matière 16, du fait de la simplicité du dispositif optique de détection et du temps d’intégration très court du photomultiplicateur 14. En effet, l’optimisation du montage (utilisation du strict nécessaire des optiques, réduction au maximum du trajet optique) rend le montage très lumineux. En associant à ce montage une source impulsionnelle on obtient un dispositif très efficace.

Un autre avantage de ce dispositif optique de détection 1 est d’être à bas coût relatif et compact. En effet, le dispositif optique de détection 1 s’affranchit de l’utilisation de polariseurs puisque la symétrie du cristal (et donc l’origine de tel ou tel signal détecté) n’est pas le premier critère étudié, mais la seule présence des cristaux non-linéaire est le critère étudié. Le signal rétrodiffusé brut est traité sans qu’aucun traitement post mesure ne soit nécessaire.-En effet, le dispositif optique de détection 1 est, dans un mode de réalisation préféré, un détecteur de signaux de génération de Second Harmonique et non un système d’imagerie non-linéaire complexe.

Le miroir dichroïque 11 et les filtres 12 et 13 sont agencés à l’intérieur d’un tube 15. Dans un mode de réalisation, ce tube 15 est un tube coulissant, comme expliqué en référence à la figure 2. La mobilité du tube 15 est représentée par la flèche 23, dans la direction X.

Dans ce mode de réalisation, le dispositif optique de détection 1 comporte en outre un système d’imagerie 19, comme représenté en figure 2. Le dispositif optique de détection 1 comporte tous les éléments précédemment décrits, représentés par les mêmes chiffres de référence que sur la figure 1. Le système d’imagerie 19 comporte une source lumineuse 20 apte à émettre de la lumière blanche, c’est-à-dire de spectre large, dans la direction X. Le système d’imagerie 19 comporte également une caméra 22 apte à enregistrer des images. Le système d’imagerie 19 comporte également une lame semi-réfléchissante 21 agencée de sorte à laisser passer la lumière blanche émise par la source lumineuse 20 dans la direction X et dans un premier sens, et à réfléchir une partie de la lumière blanche reçue dans la direction X et dans l’autre sens, vers la caméra 22 afin de former des images.

Le dispositif optique de détection 1 comporte en outre un miroir diélectrique 23 agencé dans le tube 15 coulissant.

Comme représenté sur la figure 2, le tube 15 est dans la même position que celle représentée sur la figure 1. Cette position est une première position, qui est une position d’utilisation du dispositif optique de détection 1 comme détecteur de cristaux non-linéaires.

Le tube 15 peut également prendre une seconde position car il est coulissant. Cette seconde position est une position d’utilisation du dispositif optique de détection 1 comme système d’imagerie des cristaux non-linéaires détectés.

Cette autre position du tube 15 va être décrite en référence à la figure 3. La figure 3 représente le dispositif optique de détection de la figure 2, dans lequel le tube 15 est dans la seconde position.

Dans cette seconde position, la lumière blanche émise par la source lumineuse 20 dans la direction X est réfléchie par le miroir diélectrique 23 dans la direction Z vers l’objectif 8. L’objectif 8 permet de focaliser la lumière blanche sur un point de focalisation 18 dans l’échantillon de matière 16. Ainsi, l’image du point de focalisation 18 est faite sur la caméra 22.

Par exemple, un expérimentateur enregistre les coordonnées spatiales du point de focalisation 18 lors d’une détection de cristaux non linéaires, par l’utilisation du dispositif de détection 1 avec le tube 15 dans la première position.

Puis, l’expérimentateur fait coulisser le tube 15 dans la seconde position afin de faire l’image en lumière blanche des cristaux non-linéaires détectés, pour les mêmes coordonnées spatiales.

Ainsi, le dispositif optique de détection 1 selon ce mode de réalisation est particulièrement avantageux car il permet de faire l’image pour des points de focalisation 18 choisis, et non de faire l’image sur tout l’échantillon de matière 16, ce qui est beaucoup plus coûteux en temps et en ressources calculatoires.

Bien que l'invention ait été décrite en liaison avec plusieurs modes de réalisation particuliers, il est bien évident qu'elle n'y est nullement limitée et qu'elle comprend tous les équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons si celles-ci entrent dans le cadre de l'invention.

Le terme « lentille » utilisé dans la présente description peut faire référence à une lentille optique simple ou à une association de lentille, ou à un quelconque système optique ayant une distance focale adéquate. L’usage du verbe « comporter », « comprendre » ou « inclure » et de ses formes conjuguées n’exclut pas la présence d’autres éléments ou d’autres étapes que ceux énoncés dans une revendication. L’usage de l’article indéfini « un » ou « une » pour un élément ou une étape n’exclut pas, sauf mention contraire, la présence d’une pluralité de tels éléments ou étapes.

Dans les revendications, tout signe de référence entre parenthèses ne saurait être interprété comme une limitation de la revendication.

Claims (16)

1. REVENDICATIONS

   1. Dispositif optique (1 ) comportant : une source laser (2) apte à délivrer un faisceau laser présentant une longueur d’onde d’excitation, un support d’échantillon (9) apte à recevoir un échantillon de matière (16) à sonder, un système optique agencé entre la source laser (2) et le support d’échantillon (9) et configuré pour projeter le faisceau laser (100) sur le support d’échantillon, et un organe de détection (14) apte à détecter un signal rétrodiffusé présentant une longueur d’onde de détection égale à la moitié de la longueur d’onde d’excitation, afin de détecter l’existence de cristaux non centro-symétriques dans l’échantillon (16), dans lequel le système optique comprend : un dispositif de focalisation (8) configuré pour générer un point de focalisation (18) de diamètre supérieur à 10pm au niveau du support d’échantillon, et un dispositif de séparation (11 ) de longueur d’onde apte à être traversé par le faisceau laser présentant la longueur d’onde d’excitation dans la direction allant de la source laser (2) vers le support d’échantillon, et apte à séparer spatialement le signal rétrodiffusé (200) présentant la longueur d’onde de détection d’un signal rétrodiffusé présentant la longueur d’onde d’excitation, les signaux rétrodiffusés étant en provenance du support d’échantillon (9), l’organe de détection (14) étant agencé pour recevoir le signal rétrodiffusé présentant la longueur d’onde de détection et séparé du signal rétrodiffusé présentant la longueur d’onde d’excitation.
2. 2. Dispositif optique selon la revendication 1, comportant en outre des moyens de déplacement (6) configurés pour générer un déplacement relatif contrôlé entre le point de focalisation et l’échantillon selon une direction transversale à la direction du faisceau laser.
3. 3. Dispositif optique selon la revendication 2, dans lequel les moyens de déplacement sont configurés en outre pour générer un déplacement relatif contrôlé (6) entre le point de focalisation et le support d’échantillon selon une seconde direction transversale à la direction du faisceau laser.
4. 4. Dispositif optique selon la revendication 3, dans lequel le système optique comporte un miroir configuré pour réfléchir le faisceau laser présentant la longueur d’onde d’excitation et dans lequel le système de déplacement est un système galvanométrique accouplé audit miroir afin de déplacer le point de focalisation dans la direction transversale à la direction du faisceau laser.
5. 5. Dispositif optique selon la revendication 2 à 4, dans lequel les moyens de déplacement (6) comportent en outre un système galvanométrique afin de permettre un balayage précis et rapide de l’échantillon.
6. 6. Dispositif optique selon l’une quelconque des revendications 2 à 5, dans lequel le moteur pas-à-pas est configuré pour déplacer le point de focalisation (18) au niveau du support d’échantillon selon un pas supérieur au diamètre du point de focalisation.
7. 7. Dispositif optique selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel la source laser délivre un faisceau laser de puissance optique moyenne inférieure à 2W.
8. 8. Dispositif optique (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel l’organe de détection comporte un photomultiplicateur.
9. 9. Dispositif optique (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 8, dans lequel l’organe de détection est configuré pour intégrer le signal rétrodiffusé reçu pendant un temps d’intégration supérieur à 1 ps.
10. 10. Dispositif optique (1) selon la revendication 9, dans lequel les moyens de déplacement (6) sont configurés pour déplacer le point de focalisation (18) au niveau du support d’échantillon par pas successifs périodiquement selon une période supérieure au temps d’intégration.
11. 11. Dispositif optique selon l’une quelconque des revendications 1 à 10, comportant en outre une mémoire configurée pour stocker des coordonnées spatiales du support d’échantillon ou du point de focalisation correspondant à chaque acquisition de mesure, par l’organe de détection, du signal rétrodiffusé présentant la longueur d’onde de détection.
12. 12. Dispositif optique selon l’une quelconque des revendications 1 à 11, dans lequel la source laser (2) est une source laser impulsionnelle, de préférence une source laser femtoseconde.
13. 13. Dispositif optique (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 12, comportant en outre un filtre (12) devant l’organe de détection, le filtre étant apte à couper des signaux optiques parasites présentant la longueur d’onde d’excitation et de laisser passer le signal rétrodiffusé (200) présentant la longueur d’onde de détection.
14. 14. Appareil optique comprenant le dispositif optique selon l’une quelconque des revendications 1 à 13, et un système d’imagerie optique, l’appareil optique comportant en outre un tube coulissant (15) apte à coulisser entre une première position et une deuxième position, le dispositif de séparation (11) de longueur d’onde du dispositif optique (1) étant agencé dans le tube coulissant (15) de sorte à être traversé par le faisceau laser présentant la longueur d’onde d’excitation dans la direction allant de la source laser (2) vers le support d’échantillon (9) dans la première position du tube coulissant, le système d’imagerie optique comportant : une source lumineuse apte à émettre un flux lumineux, une caméra, un dispositif réfléchissant (23), et un dispositif semi-réfléchissant (21) apte à être traversé par le flux lumineux en direction du dispositif réfléchissant (23) et à réfléchir un flux lumineux rétrodiffusé en provenance du support d’échantillon (9) vers la caméra (22), le dispositif réfléchissant (23) étant apte à réfléchir le flux lumineux dans la direction du dispositif de focalisation (8), et à réfléchir un flux lumineux rétrodiffusé en provenance du support d’échantillon (9) vers le dispositif semi-réfléchissant (21), la caméra étant apte à détecter le flux lumineux rétrodiffusé, le dispositif réfléchissant (23) étant agencé dans le tube coulissant (15) à une position espacée du dispositif de séparation de longueur d’onde de sorte à réfléchir le flux lumineux rétnodiffusé dans la seconde position du tube coulissant (15), afin que la première position soit une position d'utilisation du dispositif optique et que la deuxième position soit une position d'utilisation du système d’imagerie optique.
15. 15. Utilisation du dispositif (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 13 pour détecter l’existence de cristaux non centro-symétriques dans l’échantillon (16), comprenant les étapes consistant à : • déposer un échantillon de matière (16) à sonder sur le support d’échantillon (9). • délivrer le faisceau laser (100), et $ détecter le signal rétnodiffusé (200).
16. 16. Utilisation du dispositif (1) selon la revendication 15 pour détecter l’existence de cristaux non centro-symétriques dans l'échantillon (16), dans lequel l’échantillon de matière comporte au moins un élément sélectionné dans la liste consistant en : toute molécule d’intérêt biologique, substances naturelles cristallisées optiquement actives en génération de second harmonique, substances naturelles cristallisées en excédant énantiomérique, protéines et acide nucléique.