Spectroscopie moyen infrarouge

L’étude des interactions entre la matière et des rayonnements électromagnétiques.

La spectroscopie est l’étude des interactions entre la matière et des rayonnements électromagnétiques. La première application a été l’étude de la lumière visible au travers d’un prisme permettant de la décomposer en longueurs d’onde distinctes. L’absence de certaines longueurs d’onde, associées à des couleurs dans le visible, est le signe de présence d’éléments absorbants, comme par exemple le sodium à 589 nm (perte dans l’orange).

La spectroscopie peut s’effectuer sur tout type de rayonnement, et parmi eux le Moyen InfraRouge (MIR): une zone de longueurs d’onde comprises entre 2 et 20µm.

Les signatures primaires des principales biomolécules se trouvent dans cette région du MIR.

Sur la figure de droite, on constate que les liaisons atomiques peuvent présenter plusieurs oscillations périodiques. L’essentiel des liaisons entre le carbone et l’oxygène, l’azote ou l’hydrogène vibrent dans le MIR, et génèrent ainsi des fortes absorptions détectables par spectroscopie

Le spectre d’absorption MIR est donc affecté par l’essentiel des éléments organiques constituant un bioélément. Ce spectre constitue donc une empreinte métabolique du composé étudié.

Ce profil étant  affecté par plusieurs états sains ou pathologiques, il est alors possible de l’utiliser pour identifier des patients malades. Un de ses intérêts majeurs est sa vision globale, plus complète que la mesure de quelques paramètres discrets de l’échantillon.

Le spectre d’absorption affecté

Le spectre d’absorption MIR est donc affecté par l’essentiel des éléments organiques constituant un bioélément. Ce spectre constitue donc une empreinte métabolique du composé étudié.

Ce profil étant  affecté par plusieurs états sains ou pathologiques, il est alors possible de l’utiliser pour identifier des patients malades. Un de ses intérêts majeurs est sa vision globale, plus complète que la mesure de quelques paramètres discrets de l’échantillon.

Plateforme SPID, un outil puissant pour une décision rapide.

La plateforme SPID est compacte et simple d’emploi, elle permet d’accéder facilement aux avantages de la spectroscopie MIR en milieu hospitalier.

 La base de la plateforme est un spectroscope moyen infrarouge. Il s’installe sur une surface plane de 50*40 cm avec une simple prise  électrique, et nécessite deux heures de formation maximum. Il mesure un spectre infrarouge en moins de 10 minutes.

 

 

 

 

 

Un capteur simple

Les capteurs Diafir sont à usage unique pour plus de sécurité. Ils intègrent une fibre optique MIR pour effectuer une analyse spectroscopique par ondes évanescentes, selon le principe suivant:

  • Une partie de la lumière guidée dans une fibre optique sort de celle-ci lorsqu’elle voyage à sa surface,  c’est l’onde évanescente.
  • Cette onde peut être absorbée par un élément en contact avec la fibre.
  •  A la sortie de la fibre, on mesure le signal initial moins les longueurs d’onde absorbées par l’élément : c’est son spectre d’absorption, son profil métabolique.

Il est donc possible de mesurer le profil métabolique de l’échantillon en plaçant une simple goutte (7µl) dans le capteur.

Pour obtenir une information diagnostiquée à partir d’un spectre MIR, Diafir a développé un algorithme génétique. Celui-ci sélectionne les longueurs d’ondes significatives d’une pathologie au sein d’un groupe de spectres de patients dont le diagnostic est établi, c’est le groupe d’apprentissage.

Ces longueurs d’ondes sont ensuite utilisées pour bâtir une formule diagnostique, qui calcule un score à partir d’éléments du spectre, après que leur signification biologique ait été confirmée pour la pathologie visée.

Cette formule diagnostique est ensuite validée sur une cohorte indépendante, dont les diagnostics connus sont comparés aux résultats dudit algorithme.

Cette formule est ensuite intégrée dans la plateforme SPID pour fournir un score diagnostic dès la fin de la mesure.

 

Publications

Une innovation comme celle de Diafir est le fruit d’un travail intense de recherche. De nombreuses publications scientifiques témoignent de ce cheminement.

  • Anty R, Le Corvec M, Iannelli A, Patouraux S, Saint-Paul M-C, Schneck A-S, et al. Mid-Infrared Spectroscopy Has a High Sensitivity and Specificity for Point-Of-Care Diagnosis of Non-Alcoholic Steato-Hepatitis. J Hepatol 2016;64:S177. doi:10.1016/S0168-8278(16)00104-5.
  • Anty R, Le Corvec M, Renou C, Raoult A, Nousbaum J-B, Tanne F, et al. Mid-Infrared Spectroscopy has a High Sensitivity and Specificity for Point-of-Care Diagnosis of Spontaneous Bacterial Peritonitis. J Hepatol 2016;64:S666–7. doi:10.1016/S0168-8278(16)01255-1.
  • Le Corvec M, Charpentier F, Kachenoura A, Bensaid S, Henno S, Bardou-Jacquet E, et al. Fast and Non-Invasive Medical Diagnostic Using Mid Infrared Sensor. IRBM 2016;37:116–23. doi:10.1016/j.irbm.2016.03.003.
  • Le Corvec M, Allain C, Lardjane S, Cavey T, Turlin B, Fautrel A, et al. Mid-infrared fibre evanescent wave spectroscopy of serum allows fingerprinting of the hepatic metabolic status in mice. The Analyst 2016;141:6259–69. doi:10.1039/C6AN00136J.
  • Le Corvec M, Boussard-Plédel C, Charpentier F, Fatih N, Le Dare B, Massart F, et al. Chemotaxonomic discrimination of lichen species using an infrared chalcogenide fibre optic sensor: a useful tool for on-field biosourcing. RSC Adv 2016;6:108187–95. doi:10.1039/C6RA17140K.
  • Albert J-D, Monbet V, Jolivet-Gougeon A, Fatih N, Le Corvec M, Seck M, et al. A novel method for a fast diagnosis of septic arthritis using mid infrared and deported spectroscopy. Joint Bone Spine 2016;83:318–23. doi:10.1016/j.jbspin.2015.05.009.
  • Anne M-L, Le Lan C, Monbet V, Boussard-Plédel C, Ropert M, Sire O, et al. Fiber evanescent wave spectroscopy using the mid-infrared provides useful fingerprints for metabolic profiling in humans. J Biomed Opt 2009;14:054033. doi:10.1117/1.3253319.
  • Keirsse J, Boussard-Plédel C, Loréal O, Sire O, Bureau B, Leroyer P, et al. IR optical fiber sensor for biomedical applications. Vib Spectrosc 2003;32:23–32. doi:10.1016/S0924-2031(03)00044-4.
  • Hocdé S, Boussard-Plédel C, Fonteneau G, Lecoq D, Ma H-L, Lucas J. Recent developments in chemical sensing using infrared glass fibers. J Non-Cryst Solids 2000;274:17–22. doi:10.1016/S0022-3093(00)00179-4.