Table des matières Chapitre I : Matière et rayonnements

Table des matières

Chapitre I : Matière et rayonnements

I. Matière et Matière Biologique I.1 Atome

I.1.1 Niveaux d'énergie atomique I.1.2 Transition électronique I.2 Molécule

I.2.1 Niveaux d'énergie moléculaire IL Rayonnements

II. 1 Rayonnement électromagnétique

II.1.1 Spectre d'un rayonnement électromagnétique II.2 Rayonnement de particules

II.3 Relation énergie longueur d'onde

II.4 Classification des rayonnements ionisants et non ionisants

Chapitre II : Interaction des rayonnements non ionisants / matière

I Introduction

II Effets des rayonnements UV -Visibles sur la biomolécule II.1 Les type des UV

II.2 Effets direct des UV sur la biomolécule II.3 Effets indirect des UV sur la biomolécule II.4 Spectrométrie UV- Visible

III Effets des rayonnements IR III.1 Spectre IR

IV Etude de la fluorescence naturelle ou à l'aide du fluorophore des molécules biologiques

IV.1 Principe de la fluorescence

IV.2 Fluorimétrie moléculaire (analyse qualitative et quantitative) V Interaction des ultrasons et de la matière biologique

Chapitre III: Interaction des rayonnements ionisants / matière

I. Interaction des rayonnements électromagnétiques avec les atomes

1.1 Mécanismes d'interaction Effet photoélectrique Effet Compton

Effet de matérialisation

II. Interaction des particules avec la matière Ionisation

Excitation

III. Quantification de l'énergie transférée: notion de TEL et DLI VI. La dose absorbée et la dose efficace

Chapitre I : Matière et rayonnements

1- Matière

La matière est toute chose qui occupe un espace et qui possède une masse

Oe

bois, le sable, l'eau, l'air, le corps humain ... ). Elle peut se retrouver dans plusieurs états: solide, liquide, gazeux et plasma.

La matière biologique est formée par :

~Cellules: formées par plusieurs molécules (ADN, Protéines, glucides, eau ... );

~ Tissu : ensemble de cellules ;

~ Organe : ensemble formé de plusieurs tissus ;

~ Système : ensemble formé de divers organes qui collaborent ; Organisme : ensemble intégré des systèmes.

Dans une cellule, il y a environ 10¹² molécules d'eau et 10⁹ macromolécules, divers organites et une seule molécule d'ADN. Ces molécules qu'on appelle biomolécules sont des composés chimiques que l'on trouve dans les organismes vivants. Elles ne sont que des assemblages d'atomes. Ces atomes sont connectés avec des liaisons. Nous citons quelques atomes qui jouent un rôle très important dans l'organisme car ils entrent dans la composition de

nombreuses molécules indispensables à la vie.

Atome % de la masse fonctions biologiques corporelle

Carbone (C) 18.5 Sucre, lipides, protéines Hydrogène (H) 9.5 Eau, molécules organiques

Oxygène(O) 65.0 Eau, molécules organiques, molécules inorganiques, respiration cellulair Azote (N) 3 Composant des acides aminés, des protéines et des acides nucléiques Calcium (Ca) 2 Composant des dents et de l'os

Phosphore (P) 5 Composant des dents et de l'os et de molécules énergétiques (ATP, ADN, ARN)

Sodium (Na) 1 Cation extracellulaire, équilibre osmotique, conduction nerveuse

Soufre (S) 2 Protéines

1.1 Atome:

Nuage 'lectronique

Molécule

Atome

Quarks u ldow

Un atome est un noyau de charge positive (Z = numéro atomique), entouré de Z électrons.

Il existe une «énergie de liaison» qui résulte d'un équilibre entre des forces répulsives qui s'exercent à très faible distance et des forces attractives qui s'exercent à distance plus grande.

Cet équilibre empêche les électrons de «tomber» sur le noyau.

Pour éloigner les électrons du noyau (ionisation ou excitation), il faut apporter une énergie égale au moins à cette énergie de liaison. Donc, l'énergie d'ionisation c'est l'énergie qu'il faut fournir à un atome à l'état gazeux pour lui arracher un électron, elle est très variable:

► 13,6 eV pour arracher un électron de l'atome d'hydrogène;

► 15 eV en moyenne pour un tissu biologique ;

► 70 ke V pour arracher un électron d'une couche profonde du tungstène ( cible d'un tube à rayons X).

1.1.1 Niveaux d'énergie des atomes

A partir d'observations portant sur le spectre d'émission de lumière par l'atome d'hydrogène, on a pu démontrer que les électrons se situent sur des orbitales d'énergie discontinue (quantifiée) c'est-à-dire que l'électron ne peut prendre que certaines valeurs d'énergie; Ei ,

Ei,

E3_ Chaque orbitale est caractérisée par 4 nombres quantiques n, 1, m1, ms (voir cours d'atomistique).

Noyau

- - - -

n=3

- - - -

^2ème état excité

1er état excité

n=l Etat fondamental

Niveaux (états) d'énergie des atomes

Un électron est donc d'autant plus lié que n est plus petit (proche du noyau). Une relation plus ou moins empirique donne la valeur de l'énergie de liaison d'un électron pour un atome de numéro atomique Z et pour une couche de nombre quantique principal n :

En

= -

13,6 . Z² / n²

Cette énergie est par convention négative, ce qui signifie qu'il faut apporter de l'énergie à l'atome pour arracher l'électron lié et le rendre libre : il a alors une énergie de liaison nulle.

Lorsque n augmente, l'énergie de liaison diminue en valeur absolue, mais augmente en valeur relative, pour s'approcher de la valeur O qui correspondrait à n infini.

Ainsi dans le cas de l'atome d'hydrogène (Z = 1) et pour la couche K (n

=

1, la seule occupée à l'état fondamental), l'énergie de liaison de cet électron est -13,6 eV. Pour les autres couches (états excités ne peuvent être occupées que si l'atome absorbe de l'énergie) de l'atome d'hydrogène, l'énergie varie selon la relation:

En= -13,6 / n² (eV)

1.1.2

Transitions électroniques

Il s'agit des différents déplacements d'électrons entre les niveaux d'énergie possibles, avec les phénomènes d'absorption ou d'émission qui les accompagnent. On peut alors distinguer quatre mécanismes d'échange énergétique : ionisation, excitation, fluorescence, effet Auger

Ainsi, lors d'une transition entre deux couches Ili et Ilj (nj > ni), il faudra apporter de l'énergie pour faire passer l'électron de Ili vers nj, ou bien l'on recueillera de l'énergie - raie lumineuse d'émission - lors du retour inverse de nj vers Ili.

Pour une absorption âE (eV)

=

^Ej-Ei

=

-13,6 [ 1 / n? - l / nï^{2 )}

Pour une émission âE (eV)= Eï-Ei

=

-13,6 [ 1 / m² - 1 / n?)

1.2 Molécule

Les forces qui assurent la cohésion des atomes d'une molécule et des ions d'un composé ionique solide sont appelées liaisons chimiques. La plupart des propriétés d'une substance dépendent de la nature des liaisons chimiques. Les liaisons sont classées en fonction de l'énergie qu'il faut mettre en œuvre pour les rompre, ce qui conduit à distinguer deux-grands types de liaisons :

Liaison forte (énergie supérieure à 100 kJ. moJ-¹)

► Liaison covalente : soit deux atomes partagent 2 électrons : Chacun contribue par un électron (HCl, H20 ... )

Un contribue par 2 et l'autre par 0: liaison covalente dative.

► Liaison ionique: C'est une liaison électrostatique, il y a transfert complet d'un ou de plusieurs électrons d'un atome à un autre (NaCl)

► Liaison métallique : tous les atomes partagent des électrons entre eux Liaison faible (énergie de 0,2 à 50 kJ. moJ-¹⁾

• Liaison hydrogène: Elle se forme chaque fois qu'un atome d'hydrogène est lié à un atome très électronégatif (F, 0, N). La liaison est polarisée, l'atome d'hydrogène porte une charge partielle positive +8. Il peut donc y avoir une interaction électronique entre cette charge positive et la partie négative d'une autre molécule.

Bien qu'énergétiquement plus faibles que les liaisons covalentes, ces liaisons ont une importance biologique. Leur effet cumulatif renforce la forme tridimensionnelle des macromolécules et maintient leur structure.

► Liaison de Van der Waals: résulte des interactions entre deux systèmes, atomiques ou moléculaires, conservant leur individualité.

Les liaisons constituant la molécule ADN :

La différence de la force des différents types de liaisons est fondamentale pour permettre à la molécule d'ADN de se répliquer. L'ADN qui se trouve dans le noyau des cellules est une macromolécule bicaténaire, c'est-à-dire fonnée par deux chaines de nucléotides enroulées en double hélices. Dans une même chaine, les nucléotides sont unis entre eux par des liaisons covalentes alors que les deux chaines sont reliées par des liaisons hydrogène. Les liaisons hydrogène, responsables de la rigidité de la forme spécifique de l 'ADN, unissent les bases azotées dont la séquence représente une information génétique : Il existe 4 bases différentes : Adénine, Thymine, Guanine et Cytosine. L'union des bases se fait selon la complémentarité suivante: A-Tet C-G. L'ADN a la même structure chez tous les êtres vivants, elle est donc universelle. On peut conclure que la vie est une question de liaison : Liaison chimique.

Pain,A-T Pane 0 - C

1.2.1 Niveaux énergétiques moléculaires :

Une molécule, comme un atome, possède un état fondamental de basse énergie et d'autres états plus énergétiques, appelés états excités dans lesquels la molécule ne peut rester que très temporairement ( 1

o-

⁶ à 10-⁹ seconde) avant de revenir à l'état fondamental. Par contre, le diagramme d'énergie d'une molécule est plus complexe que pour l'atome car en plus des niveaux électroniques, il y a d'autres niveaux car la molécule peut absorber de l'énergie par d'autres mécanismes.

► Niveaux d'excitation électroniques

► Niveaux de vibration

► Niveaux de rotation

Chaque niveau d'énergie électronique Ee correspond à plusieurs niveaux vibrationnels Ev lesquels correspondent chacun à plusieurs niveaux rotationnels Er.

Les niveaux d'énergie E ergie

Niveaux rotationnels

II. Rayonnement

V=l V=O

V=2

V= 1 V=O

Etat excité

Etat fondamental

C'est une énergie émise, transmise ou absorbée sous forme d'onde ou de particule énergique.

11-1 Rayonnement électromagnétique

Les ondes électromagnétiques sont constituées par l'association d'un champ électrique sinusoïdal et d'un champ magnétique de même période et des directions perpendiculaires. Ce rayonnement ne peut acquérir ou céder de l'énergie qu'il transporte que par quantités discontinues, multiples entiers d'une quantité élémentaire E (ou quantum) ..

E=hv

'

>..=longueur d'onde

-

E -- cham~ électrique os.cillant 8 - ,c~mp m&gn<tt1que Os.Glllanl

Les caractéristiques d'une onde électromagnétique:

Fréquence y (Hz) et période T(s) Longueur d'onde (m, µm, nm) Avec c vitesse de la lumière (célérité)

V =1/T 'J...=cT=c/ll c

=

3 10⁸ m.s-¹

Par conséquent, plus la longueur d'onde est petite, plus la fréquence est élevée, et réciproquement.

La représentation ondulatoire explique de nombreux phénomènes en rapport avec la propagation des ondes : réflexion, réfraction, interférence, diffraction, phénomènes surtout importants dans le domaine de la lumière visible.

11.1.1 Classification des rayonnements électromagnétiques(« spectre»)

La classification peut se faire en fonction de la fréquence, de la longueur d'onde dans le vide ou de l'énergie.

rayons y rayons X ultra-violet, lumière visible, infra-rouge, ondes hertziennes

ZH:t EH:c P~b: TH, GHz

J ~ V V \ / \ 7 ' \ 7 ~

'\lî-sibfe

UV I.R. Ondes radio

fm pm nm vm mm m

Spectre des rayonnements électromagnétiques

MHz t

km

Dans cette liste de rayonnements aux dénominations variées, la nature physique de l'onde reste identique pour tous ces rayonnements, seule l'énergie change (ici elle diminue de gauche à droite) ou la longueur d'onde (qui augmente de gauche vers la droite).

Selon les types de rayonnement, on peut distinguer plusieurs types de spectres :

Raie unique

intensité énergétique

fréquence

Raies multiples Spectre continu

1

11-2 Rayonnements de particules

Rayonnement corpusculaire/particulaire Rayonnement formé essentiellement par des particules neutres ou chargées.

► Rayonnement de particules chargées :

Ces particules sont caractérisées par : Une charge

Une masse au repos mo Une vitesse v

Une masse cinétique, m= mo /

V

1-V²/c² Quantité de mouvement P= m V

Une énergie totale

Type de rayonnements particulaires Les rayonnements ~-

E=mc²

Les rayonnements d'électrons proviennent de

p-,

l'énergie varie de 1 Oke V à 3MeV.

Le spectre de

p-

est spectre continu avec une intensité maximale pour E

=

Emax/3 accompagné d'une émission y si le radionucléide est dans un état excité.

Exemple:

Réaction

W

pour l'isotope radioactif cobalt 60 (⁶°Co) qui se transforme en nickel 60 (⁶°Ni) stable:

V

nombre de parti cules

spedl·e continu

énergie

Les rayonnements

p+

Le rayonnement bêta plus est constitué d'un positon (particule de même masse que l'électron mais chargée positivement).

Par exemple, l'iode 122 est un radioactif bêta plus et se transforme en tellure 122. Notons que pour les deux types de désintégration bêta, le noyau garde le même nombre de nucléons ( donc la même masse atomique).

Rayonnements alpha

Les émetteurs sont des noyaux lourds, la plupart de nombre atomique supérieur à 82. Si Y est produit à un niveau excité, l'émission a. s'accompagne de l'émission d'un photon gamma (y). Le spectre de ce rayonnement est un spectre de raies dont l'énergie d'émission est comprise entre 3 et 9 MeV

AX

^=>

z

Exemple:

A-4y· _{z _} 4H

2 + ₂

e

^{+ gamma}

particule alpha

La désintégration de l'uranium 238

238

1 .

^..J

-+

²³⁴

Th. +

^.Cl{

► Particules non chargées (neutron) : Interaction aléatoire

Ionisations indirectes par l'intermédiaire de particules secondaires chargées mises en mouvement.

Remarque:

Contrairement au proton, le neutron ne peut être « conservé en flacon »

On peut obtenir des neutrons à l'état libre: Dans un réacteur nucléaire (fission), par diverses réactions nucléaires.

11-3 Relation énergie et longueur d'onde

Einstein (1905) a assimilé le quantum à un corpuscule et a ainsi introduit la notion du photon, ce qui a permis d'expliquer l'effet photoélectrique. L'onde se comporte comme un flux discontinu de « paquets » d'énergie qui se propagent en ligne droite à la même célérité que l'onde associée.

Chaque photon transporte un« quantum)) d'énergie proportionnel à la fréquence de l'onde.

Relation de Planck :

E

=

énergie en joules v = fréquence en hertz

E=hv

h = constante de Planck= 6,62 10-³⁴ J.s

=

4,136 10-¹⁵ eV s

Définition de l'électron-volt (eV): L'électron-volt est une unité correspondant au produit de la charge élémentaire e (1,6 10-¹⁹ C) par une différence de potentiel de 1 volt.

ddp = 1 volt

(

^►

1 eV= 1,6 10-¹⁹ J

Dualité ondes - corpuscules

Plusieurs exemples peuvent illustrer la dualité ondes - particules, et notamment le fait qu'il peut y avoir passage de l'une à l'autre, dans un sens ou dans l'autre. Pour des rayonnements de faible fréquence (lumière), l'aspect ondulatoire est prédominant (photons d'énergie trop faible pour interagir avec la matière) alors que pour les rayons de haute fréquence (RX) l'aspect corpusculaire est prédominant.

► Rayonnement corpusculaire :

Ec =

1/2mv²

=

eV avec v vitesse de la particule c::::=::::>- v =✓ 2e

V

/m

Pour expliquer certains phénomènes ( optique électronique - microscope électronique - par exemple) Louis de Broglie (1924) propose d'associer à une particule de masse met de vitesse v, une onde de longueur d'onde.

À= h/mv (dualité onde corpuscule)

À

=

h/m . ✓m12e V

=

h/✓2me V

=

1.226/✓Ec

► Rayonnement électromagnétique :

E= h

v =

hc/À i:::::=::> À(m)

=

hc/E(eV)

=

12,40 10-⁷/E(eV)

Remarque:

Une particule qui se déplace à la vitesse de la lumière (particule relativiste - c'est le cas du photon) ne satisfait pas aux relations de la mécanique classique, et que, par ailleurs, le photon au repos n'existe pas.

Classification des rayonnements

rayonnements

non ionisants ionisants

1 D 1 --- ^Dl

électromagnétiques électromagnétiques particules hv < 12.4 eV hv > 12.4 eV

À.>0.lµm À.< 0.1 µm non chargées chargées

UV -visible - IR légères lourdes

micro ondes

ondes radio photons X et y neutrons

p+ p-

a p+

Rayonnements ionisants

Les rayonnements d'énergie suffisante sont capables d'ioniser les atomes, c'est-à-dire d'arracher un électron à un atome. De même, ils sont capables de couper des liaisons intra- moléculaires (par exemple: ionisation de l'eau).

Dans le cas des tissus biologiques, on considère que les rayonnements d'énergie supérieure à 13,6 eV (énergie d'ionisation de l'hydrogène ou de l'oxygène) sont ionisants.

Rayonnements non ionisants

Un rayonnement non-ionisant c'est rayonnement pour lequel l'énergie électromagnétique transportée par chaque quantum est insuffisante pour provoquer l'ionisation d'atomes ou de molécules. Ces radiations peuvent cependant avoir suffisamment d'énergie pour provoquer le passage d'un électron sur un niveau d'énergie plus élevé. Certains de ces rayonnements peuvent avoir des effets biologiques ( chapitre II).

Parmi les rayonnements non-ionisants, on compte les rayonnements du proche ultraviolet, la lumière visible, l'infrarouge, les micro-ondes.

Chapitre II

Effets des rayonnements non ionisants sur la matière biologique

1- Introduction

Les rayonnements non ionisants sont des rayonnements électromagnétiques, leurs énergies sont insuffisantes pour troubler l'édifice électronique d'un atome. Par contre, la structure moléculaire peut être perturbée. En fait, l'interaction rayonnement matière se fait au niveau moléculaire c'est-à-dire au niveau des liaisons.

L'énergie propre d'une molécule peut en première approximation être décomposée en trois termes indépendants : énergie électronique, énergie vibrationnelle et énergie rotationnelle.

AE

=

AEr

+

AEv

+

AEe

Ona AEe >> AEv >> AEr

AEe énergie électronique: les électrons des atomes constituant les molécules sont répartis sur des orbitales moléculaires bien définies ;

; :

. ,.,,,., •• ,a-...

, . .r· .,_

(

~··

^..

,.., . . ...

^{• \}

j • ·,

',. < . .... : . ./ /

_,,.:

·•'

Changement de niveau d'énergie des électrons

AEv énergie vibrationnelle: associée aux mouvements des atomes autour de leur position d'équilibre sans mouvement d'ensemble;

Vibration moléculaire

•

AEr énergie rotationnelle : associée aux mouvements de rotation de la molécule autour d'un axe passant par le centre d'inertie .

.,...- ~ --

^.

._.

..

^~

^{J . ~--✓.,. , i}

\ _{'·--...__}

_{.. ..}

_·

./

Rotation et torsion moléculaire

L'absorption sélective des rayonnements non-ionisants, c'est à dire la résonance entre un photon d'énergie déterminée et un niveau énergétique moléculaire, modifie l'état électronique, ou alors le niveau énergétique de vibration ou de rotation. On donne les énergies mises en jeu des radiations utilisées dans ce cours.

Les radiations visibles et UV AEr + AEv + AEe

Suite à l'absorption d'un photon UV, Visible, une molécule d'intérêt biologique voit son état énergétique modifié.

- Les radiations IR proche ~r+ AEv

Dans ce type de radiation, les énergies électroniques n'interviennent pas, mais les molécules sont plus fragiles donc aptes à réagir.

Les radiations IR lointain et hertzienne AEr

.6Er: négligeable, il ne modifie pas la structure de la molécule, donc il n'a pas d'action chimique.

II. Effets des rayonnements UV, Visible sur la matière biologique

Les rayonnements ultraviolets UV, Visible proviennent de sources naturelles (comme le soleil) et de sources artificielles ( comme la lumière noire, les appareils à souder, les lasers et les appareils de bronzage). Les rayonnements UV, Visible, sont la partie la plus active du rayonnement solaire auquel sont soumis les organismes vivants, dont la longueur d'onde est comprise entre 100 et 400 nm pour les UV et entre 400 et 800nm pour le Visible.

11.1 Les types de rayonnements UV :

En fonction des propriétés physiques et des modes de production, ou en fonction des propriétés biologiques, il existe deux classifications des rayonnements UV.

► Classification physique: on parle de l'UV à vide, lointains et proches.

► Classification plus biologique : UV A, UV B et UV C.

Dans ce cours, on s'intéresse à la classification biologique, où le rayonnement ultraviolet est divisé en 3 régions :

100 280 320

1

uvc

^IUVBI

400

UVA

1

Visible

À(nm)/'

Les UVB et les UVA représentent respectivement 0,3 % et 5,1 % du rayonnement solaire parvenant à la surface de la Terre, la majorité de ce rayonnement étant composé de lumière

►

visible ( 62, 7%) et d'infra rouge (31,9% ). Parmi les UV qui atteignent la terre, 98 % sont des UV A. Moins énergétiques que les UVB, ils ont donc un plus grand pouvoir de pénétration dans la peau. La peau est la première cible de ces rayonnements. L'épiderme atténue la transmission des rayonnements de longueur d'onde < 300 mn, mais laisse passer les rayonnements moins énergétiques. Les UVB sont donc absorbés principalement au niveau de l'épiderme et du derme superficiel tandis que les UV A pénètrent beaucoup plus profondément dans la peau.

Remarque:

Les UVC et les UVB de courte longueur d'onde (280-295 mn), qui rejoignent la surface de la terre, sont minimes, puisque dès leurs arrivées dans l'atmosphère, une réaction photochimique se produit avec l'ozone. Ainsi la quasi-totalité de l'énergie de ces rayonnements est absorbée et il y a libération d'oxygène. Finalement, l'infime fraction des rayonnements qui aboutissent sur la peau est arrêtée par l'épiderme (couche superficielle de la peau).

11.2 Effets directs et indirects des rayonnements UV sur la matière biologique

Les molécules biologiques, molécules de la matière vivante susceptibles d'être affectées par les radiations RNI (rayonnements non ionisants), sont les molécules organiques non saturées (protéines, les acides nucléiques .. ). Après absorption d'un photon UV, l'énergie acquise peut être dissipée par un certain nombre de mécanismes :

► Transformation en chaleur

► Vibration des atomes constituant la molécule

► Transition électronique des molécules

Les conséquences des photons UV sur la biomolécule sont soit :

► Absorption directe par (UVB lointain et UVC)

► Absorption indirecte par (UVB proche et UV A), Génération de radicaux libres.

A poids égal, les acides nucléiques absorbent 10 à 20 fois plus de rayonnements que les protéines. La molécule d'ADN peut alors être profondément remaniée par une exposition aux rayonnements UV.

11.2.1 Effets directs des rayonnements UV sur la biomolécule

La longueur d'onde maximale d'absorbance del' ADN se situe aux alentours de 260 nm. Plus précisément, l' ADN absorbe les longueurs d'ondes entre (250 à 290) nm. C'est-à-dire les UVC et les UVB lointains. Les UVB pénètrent très profondément dans les tissus et

endommagent directement l' ADN des cellules. Donc l'interaction des rayonnements UV avec l' ADN conduisent à sa dénaturation (la rupture des liaisons hydrogènes, donc séparer les 2 brins d'ADN, la rupture de liaisons phosphodiester).

DNA 3'

GACT

Ren aturation

L'énergie absorbée par cycles aromatiques des bases constituant la n.olécule d'ADN au niveau de deux pyrimidines (cytosine (C) ou thymine (T)) adjacentes fournit l'énergie nécessaire à la formation d'une liaison covalente entre ces deux bases, au détriment des liaisons hydrogène établies entre deux bases complémentaires et assurant la cohésion de double hélice d'ADN.

,-

, - <3

Ll-.tsc::>r, h y c l r e > g è r , 4 11 I I I I

;. I

Liaison hydrogène

=

;.

,t:::

,- - ^. -

.,

1

.A 1 1 .A ,- - --

...

l D i m è r e d e t : h y m 1 . - . ~ 1

1 1 1 1 1

'f Dimère de thymine

\

\ A . O N

\

\

\

I \

I \

I \

I \

I \

1 \

1 \

1 \

J

^'If

2brins

La structure chimique des bases est fortement altérée puisqu'elles se retrouvent sous forme de photoproduits, classés en deux catégories :

Les CPD

Les CPD (les dimères cyclobutaniques de pyrimidines) sont formés par liaison covalente de deux pyrimidines adjacentes en une structure «cyclique» engageant les atomes de carbone C5 et C6 de chaque pyrimidine (d'où le nom cyclobutane). La formation des CPD dépend de la longueur d'onde du rayonnement UV (UVB ou UVC), du matériel biologique étudié (ADN cellulaire, plasmide, etc.), du contexte de séquence autour du site bipyrimidique mais également du site bipyrimidique lui-même.

► Les photoproduits (6-4) ( pyrimidines (6-4) et pyrimidone (6-4 PP))

Les 6-4 PP sont quantitativement les secondes lésions les plus fréquentes après une irradiation UVB ou UVC. Les 6-4 PP résultent de la formation d'un pont stable entre les positions C6 et C4 de deux pyrimidines adjacentes. Ces appellations faisant référence à la nature des liaisons formées pour créer le dommage

11-2-2 Absorption indirecte par (UV A et des UVB faible énergie)

Les UV A (320 nm à 400 run), représentent la partie la plus importante des UV, peuvent également induire des dommages sur l' ADN de façon indirecte. En effet, les UV A ne sont que très faiblement absorbés par les bases del' ADN, mais ils peuvent exciter certains composés endogènes jouant un rôle de photo- sensibilisateurs (chromophores).

Les photo-sensibilisateurs excités par l'absorption des photons UV A peuvent revenir à leur état d'énergie fondamental par dissipation de chaleur ou émission de photons (c'est le phénomène de fluorescence). Mais, ils peuvent également subir une transition vers un état énergétique plus stable appelé état triplet.

E

S1 état excité

T 1 état intermédiaire ·

So état fondamental

Cet état intermédiaire joue un rôle clé dans l'induction des dommages liés aux UV A. Il peut soit:

- Réagir Directement avec d'autres molécules, comme les bases de l'ADN, (photosensibilisation de type I).

Transférer son énergie aux molécules oxygène (photosensibilisation de type Il), menant ainsi à la formation d'espèces réactives de l'oxygène (reactive oxygen species, ROS) comme l'oxygène singulet (¹02) ou l'anion superoxyde (02'-).

L'anion superoxyde peut former par dismutation le peroxyde d'hydrogène (H202).

202· + dismutase

H202 + 02

En présence de métaux de transition, H202 est capable de générer le radical hydroxyle ("OH) selon la réaction de Fenton.

Fe2+ + H20z - - - Fe³+ + OH- + •OH ou via sa réduction par l'anion superoxyde selon la réaction de Haber- Weiss:

Fe³+ + •02 - .- Fe2+ + 02

+ •OH + OH- +

D'après ces réactions, on remarque la génération d'un autre radical (·OH). La formation de radicaux libres dans le cytoplasme des cellules rend les molécules ( ou les atomes) instables. Ces molécules essayent alors sans cesse de capter ou céder un électron à une autre molécule de leur entourage, propageant ainsi le phénomène, en transformant à leur tour les autres molécules en radicaux libres. Lorsqu'elle se produit dans l'organisme, cette réaction en chaîne est communément appelée stress oxydant. Les principales cibles sont les lipides, constituants essentiels des membranes externes et internes de la cellule.

Une fois oxydées, les membranes cellulaires deviennent rigides et ne sont plus capables de s'adapter aux variations de leur environnement.

Cependant, l' ADN est également touché par ces radicaux libres qm . lèsent le matériel génétique.

L'accumulation de ROS dans la cellule peut provoquer des lésions directes sur tous les composants cellulaires : peroxydation des lipides, oxydation des protéines et altérations des acides nucléiques.

Sur l' ADN, cinq principaux types de lésions peuvent être induits par les ROS : la modification de bases,

la création de sites abasiques, - la formation d'adduits lipidiques,

les cassures de l'hélice d'ADN (simple ou double-brin).

Donc, les UV causent des lésions du matériel génétique (ADN) des cellules de la peau. Trois choix s'offrent alors à la cellule :

► Réparer les lésions (prolifération normale) ;

► Provoquer la mort cellulaire (apoptose);

► Provoquer des erreurs d'appariement (mutation) dans la séquence d'ADN (prolifération anormale) ce qui entraine des dommages sur les gènes qui normalement suppriment le développement d'une tumeur.

ADN (Cellule lésée)

1

R,

1 .

eparat1on Absence de réparation

Prolifération normale

Cellule mutante Mort cellulaire

Prolifération anormale

l

Cancer

l

Remarque : il y a des effets favorables bien connus des UV, on peut citer la synthèse de la vitamine D par absorption photonique dont le maximum est proche de 280 nm.

11.3 Spectrométrie UV- Visible

La spectrométrie - visible utilise la radiation électromagnétique entre l'UV (200 - 400nm) et le visible (400 - 750 nm), elle est utilisée en analyse structurale pour mettre en évidence la présence de certains groupes chromophores et en analyse quantitative pour la détermination d'une concentration (dosage spectrophotométrique).

Afin d'observer une transition électronique soit dans l'UV soit dans le visible, il faut que la molécule possède des électrons facilement excitables par le rayonnement: il s'agit le plus souvent:

• Des composés organiques, non saturés (chromophores), fortement conjugués et en particulier ceux présentant un haut degré de conjugaison.

• Des métaux de transition (sont fréquemment colorés c'est-à-dire absorbent la lumière visible).

11.3.1 Analyse qualitative

Les groupes d'atomes qui absorbent sont appelés des groupes chromophores (voir tableau) et ceux qui n'absorbent pas mais qui provoquent seulement des modifications de l'absorption par un chromophore sont dits auxochromes.

Quand un chromophore est soumis à des influences électroniques, la bande d'absorption peut se déplacer vers les grandes longueurs d'onde, c'est l'effet batochrome, ou vers les faibles longueurs d'onde, c'est l'effet hypsochrome.

Si l'absorption lumineuse est augmentée, on dit qu'il y a un effet hyperchrome. Si elle est diminuée, il y a un effet hypochrome.

Remarque : En réalité, une transition entre niveaux vibrationnels s'accompagne d'un changement de niveau rotationnel, on devrait donc parler de spectres de rotation-vibration.

C'est pour cela que l'on ne parle jamais de pic d'absorption mais de bande d'absorption.

Longueur d'onde de quelques groupes chromophores

Chromophores Amax i;max

Chromophores conjugués

>C=C-C=C< (linéaire) 220 30000

>C=C-C=O (dans un cycle) 244 10000

Acides nucléiques

Adénosine 260 15000

Guanosine 255 14000

Thymidine 265 10000

Cytidine 270 9000

ADN double brin 260

ADN simple brin 260

ARN 260

Protéines

Liaison peptidique 190 4-8000

Pont disulfure 250 300

Phénylalanine 257 200

Tyrosine 275 1400

Tryptophane 280 5600

En biologie moléculaire, la spectrophotométrie est utilisée lors de l'extraction d'ADN, pour quantifier l' ADN et déterminer sa pureté. On utilise la longueur d'onde 260 nm qui est la zone d'absorbance maximale des acides nucléiques. Une seconde mesure à 280 nm permet de contrôler la pureté d'extraction, à savoir la présence des protéines résiduelles dans la solution d'ADN.

Exemple

1,6

1 ,4 1,2

A ^1,0 0,8 0,6 0,4 0,2 0,00

190,0 200

1

220 240

nm

D'après le spectre ci-dessus on remarque que:

260 280

Bandes d"absorption ADN

Protéine (SAB)

300 320

- Le maximum d'absorption d'ADN est à 260 nm pour une absorbance de 1.4

- Le maximum d'absorption de protéine SAB (Sérum Albumine) est à 280 nm pour une absorbance de 1.

Quand on réalise un extrait cellulaire d'ADN, il est accompagné par des protéines dont la présence est indésirable. La valeur du rapport A260/ A280 fournit une bonne indication sur la pureté de l'échantillon. En effet la présence des protéines fait augmenter A à 280. Dans le cas où on a:

• 1.8

<

A260/ A280

<

2 ADN extrait est pur

• A260/ A280

<

^1.8 ADN contaminé par des protéines

• A260/ A280

>

² Une présence importante d' ARN

Remarque:

Pour le spectre d'adsorption de l'échantillon d'ADN met en évidence une large bande d'absorption dans UV avec un maximum pour 260 nm, il y a également une intence absorption entre 190 et 200 nm mais elle n'est pas caractéristique car dans cette région du spectre la plupart des molécules organiques présentent des pics parfois nombreux.

11.3.2 Analyse quantitative

Dosages (= applications de la loi de Beer-Lambert) :

La spectrophotométrie est une méthode analytique quantitative qui consiste à mesurer l'absorbance ou la densité optique d'une substance chimique donnée en solution. Plus cette espèce est concentrée, plus elle absorbe la lumière dans les limites des proportionnalités énoncées par la loi de Beer-Lambert.

Lorsqu'une lumière d'intensité Io passe à travers une solution, une partie de celle-ci est absorbée par le(s) soluté(s). L'intensité

h

de la lumière transmise est donc inférieure à Io. On définit l'absorbance (A) de la solution comme:

Io

Avec

h

/ (trajet optique)

A= log(- I

⁰⁾

Ir

T =

h /

Io (la transmittance)

L'absorbance est une valeur positive, sans unité. Elle est d'autant plus grande que l'intensité transmise est faible.

La relation de Beer-Lambert n'est valable que dans le cas de solution diluée. Elle décrit qu' à une longueur d'onde À donnée, l'absorbance d'une solution est proportionnelle à la concentration des espèces de la solution, et à la longueur du trajet optique (distance sur laquelle la lumière traverse la solution).

Avec:

log - I

⁰

IT

A}.: L'absorbance ou la densité optique (DO) de la solution pour une longueur d'onde À.

C: La concentration de l'espèce absorbante (en mol.L-¹).

l: La longueur du trajet optique (en cm).

& : Le coefficient d'extinction molaire de l'espèce absorbante en solution (en moi-¹.L.cm-¹); il

rend compte de la capacité de cette espèce à absorber la lumière, à la longueur d'onde À et il dépend de la longueur d'onde utilisée, de la température et aussi de la nature du solvant.

En pratique, deux cas sont possibles:

► La substance à doser possède un pic d'absorption caractéristique dans le visible (substance colorée) ou dans l'UV; on fait alors un dosage direct. Il consiste à mesurer A et calculer C.

► La substance à doser ne possède pas de pic d'absorption caractéristique; il faut alors effectuer une réaction colorée; on fait un dosage indirect. Il y a deux méthodes:

a) Méthode par comparaison avec un étalon unique:

Elle consiste à mesurer dans les mêmes conditions l'absorbance Ad de la solution à doser et l'absorbance Aet d'une solution "étalon" ou "standard" de concentration connue Cet, puis calculer la concentration de la solution à doser Cd.

Cd

=

Ad * Cet / Aet

b) Méthode avec une gamme d'étalonnage:

Elle consiste à préparer une gamme de dilutions d'une solution étalon "mère", à mesurer l'absorbance de chacune de ces solutions étalons "filles", puis à tracer la courbe d'étalonnage

A= f(c)

L'absorbance de la solution à doser est mesurée dans les mêmes conditions, puis reportée sur la courbe d'étalonnage; on fait ainsi une détermination graphique de la concentration de la solution à doser (par extrapolation).

► Autre méthode de calcul

La concentration d'ADN peut être calculée à partir de la mesure à 260 nm en utilisant un facteur de corrélation :

. ADN double-brin : 1 Abs

=

50 ng/µl

. ADN simple-brin: 1 Abs = 33ng/µl (comme l' ARN simple- brin) . ARN : 1 Abs

=

40 ng/µl

III. Effets des rayonnements IR sur la biomolécule

L'absorption par les tissus biologiques des photons infrarouges modifie l'état de vibration ou de rotation moléculaire.

Longueurs d'onde (::t) croissantes

:JJO run ^4JO run

~

25 µ.rn lm

I

^5m

'

Rayons UV Proche v· -bl X lointain UV ¹⁶¹ e

. Ondes

Micro ondes radio RMN

Fréquences (énergies) décroissantes

En raison de leur faible énergie, les photons infrarouges ne peuvent bien évidemment pas produire d'ionisation, pas plus que de réaction photochimique. L'irradiation infrarouge est globalement perçue comme une augmentation de la chaleur. Effets uniquement thermiques

Effets délétères

► Seul l'IR proche parvient jusqu'à la rétine Oésion rétinienne par effet thermique par focalisation sur la rétine en manipulant des lasers émettant dans l'infrarouge)

► Les effets cutanés peuvent exister et être responsables de brûlures. Heureusement, la sensation d'excès de chaleur ou de douleur est un signal suffisant pour éviter les lésions. Les mécanismes de compensation sont bien connus, comme la vasodilatation et la sudation.

► Les effets provoqués par IR moyen et lointain : atteinte de la thermorégulation, « coup de chaleur »

III- 1 Réalisation et présentation d'un spectre infra rouge

Dans la région IR du spectre électromagnétique, les molécules absorbent la lumière et subissent une excitation vibrationnelle.

Exemples:

Spectre IR de la molécule d'eau .

. . 0

/ ~

H H

Elongation antisymétrique cr= 3756 cm·¹ ; À. = 2,66 µm

0

/ ~

H H

Elongation symétrique cr= 3652 cm·¹; À.= 2,74 µm

·, . .... _

"·

\

',

\,

/.,,~

0

H H

Déformation angulaire cr = 1595cm·¹ ; À= 6,27 µm

'~ "

~ -- ~ - - -

u

- - : : . , - - - -

.. - - --- - ..

Spectre IR d'une cétone

1.000 ^Ref.No. Transmitance 3702 cmF,

0.900

harmonique de

0.800 1720

0.700 0.600 0.500

0.400 c-co-c

1170

0.300

~

^(défonn)

0.200 ^CH]C•O

C-H 1365

c=o _(défonn)

0.100 2980 ₁₇₂₀

0.000 (valence)

4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500

4-M éthylp entan-2-one

En général, en spectroscopie I.R. on représente la transmittance, c'est à dire l'intensité transmise, comptée de O à 100%, par rapport à l'intensité du faisceau incident, en fonction du nombre d'onde (en cm-¹).

Une transmittance de 100% signifie qu'il n'y a pas d'absorption, donc dans un spectre IR, les bandes d'absorption pointent vers le bas.

Milieu Intensité Transmittance Absorbance

Transparent Io 100 0

Comparaison d'un spectre UV et d'un spectre IR

• La spectroscopie IR suit la loi de Beer-Lambert comme celle UV-Visible.

• Les bandes sont plus étroites en IR que dans le spectre UV visible. On parle de bandes ou de pics.

• On qualifie une bande ou un pic dans un spectre IR en indiquant : .

La valeur du nombre d'onde correspondant au minimum de transmittance L'intensité du pic (fort /moyen/faible)

La largeur de la bande (étroite/large).

• On qualifie une bande d'un spectre UV en indiquant:

La valeur de la longueur d'onde correspondant au maximum d'absorption

La largeur de la bande (large).

IV. Analyse par fluorescence

La fluorescence est un phénomène de luminescence. La luminescence désigne la propriété que vont avoir certaines molécules d'émettre des photons lors de leur désexcitation del)UÏS un état électronique excité. Il existe deux types de fluorescence. Tout d'abord, la fluorescence dite

«naturelle», ou auto-fluorescence, émise spontanément par la cellule. On peut citer par exemple la chlorophylle des cellules végétales. Ensuite, il y a la fluorescence conférée par un fluorochrome ou fluorophore, substance chimique qui émet de la lumière si elle est excitée à une certaine longueur d'onde. Ces fluorochromes sont des substances composées de plusieurs noyaux aromatiques conjugués ou encore des molécules planes et cycliques qui possèdent une ou plusieurs liaisons 1t. Sur le tableau ci-dessous nous donnons quelques fluophores pour marquer l'acide nucléique.

Marqueur des acides nucléiques

~ - - - -, .. ^{-···----·····-·} - .--·-···· ··-• -··'.

i À excitation : À émission

i

· Fluorophore

1

j Hoechst 33342 IDAPI

(nm) 1343 1345

(nm)

I 455

1

' --- -•,-· ----- ·- · - 1·-·-. - -· - ---1

1 Hoechst 33258

!

345 i 478

i

1 r . ··--- ! :-·- -••" .. ___ .. __ ^{r -}; ^---~ -·--i j 1 SYTOX Blue : 431 j 480 . jCi;;omomycin A3

-,-4- 45 _ ___ _ _ _ ___ l

⁵⁷⁵

j Mithramycin

!

^{445 ,..., 5_7_5 _ __ ,}

fyoY0-1

^{! : 491 -- l i 509}

IV-1 Principe de la fluorescence

Une molécule fluorescente (fluorophore ou fluorochrome) possède la propriété d'absorber de l'énergie lumineuse (lumière d'excitation, un faisceau lumineux généralement dans une gamme de longueur d'onde allant du visible à l'ultraviolet) et de la restituer rapidement sous forme de lumière fluorescente (lumière d'émission).

Dans son état fondamental, appelé état singulet (noté So), la molécule possède des électrons en nombre pair, appariés S= 0 et M=2S+l =1

Quand un photon est absorbé, il en résulte une augmentation de l'énergie de la molécule qui se traduit par le passage d'un de ses électrons dans un état excité, souvent un état singulet, que

l'on note So*. Le retour à l'état fondamental peut alors se faire de différentes manières : soit par fluorescence, soit par phosphorescence.

Soit S0 : état électronique fondamental (en traits moins épais les sous-niveaux vibrationnels) S 1 : état électronique excité ( en traits moins épais les sous-niveaux vibrationnels)

•

•

1

'

a b ^C

a- Phénomènes d'absorption (UV) : passages à un état électronique excité (10·15s), différents niveaux vibrationnels et rotationnels sont accessibles.

b- Retour de l'électron du niveau excité S1 au niveau électronique fondamental est réalisé avec émission d'un photon fluorescent. Ce retour est très rapide de l'ordre de 1

o·

⁶s et se produit, pour la majeure partie, à une longueur d'onde plus grande que la longueur d'onde absorbée.

E

photon d'excitation

> E

photon émis À excitation

<

À émission

~~

c- Retour de l'électron du niveau l'état triplet T1 au niveau électronique fondamental est réalisé avec émission de lumière phosphorescente.

IV. 2 Fluorimétrie moléculaire

La fluorimétrie est la technique d'analyse utilisant le phénomène de fluorescence. La sensibilité des dosages par fluorimétrie est de 100 à 1000 fois plus grande que celle des dosages UV et IR. Les dosages fluorimétriques impliquent 2 longueurs d'ondes

caractéristiques de la substance à mesurer c'est-à-dire que toute molécule fluorescente se caractérise par deux spectres: le spectre d'excitation et le spectre d'émission.

Echantillon

E) ____

~M_o_n_o~c_hr_om_a_te_ur_~

'A max d'excitation

•

A 90° on a que la lumière de fluorescence

On choisit 'A d'émission

Monochromateur

Traitement de signal Photomultiplicateur

Schéma de la spectrofluométrie

Spectre d'émission:

Pour obtenir un spectre d'émission, on fixe une')... d'excitation (choisie grâce à la littérature ou vers un maximum d'absorption). On balaye les ')... d'émission en mesurant l'intensité de fluorescence. On obtient un spectre d'émission.

Spectre d'excitation :

L'excitation est caractérisée par une longueur d'onde Â.exc, spécifique du composé étudié.

Pour obtenir un spectre d'excitation, on fixe une ')... d'émission ( choisie grâce à la littérature ou vers un maximum d'émission obtenu comme ci-avant), ensuite on balaye les ^À d'excitation en mesurant l'intensité de fluorescence. On obtient un spectre d'excitation.

Voici

un

exemple associant un spectre d'excitation et un spectre d'émission pour le fluorochrome "TexasRed", un marqueur de fluorescence excitable dans le visible utilisé en cytométrie de flux.

S02CI

.Fluores.cence du ''Texas. Red.'•

ln~ensl~é de fluorescence

unité relative

450

595 615

,--·

550

- - spectre d'émission (J.. _,_ fixée à 568 nm) - -- -- - - spectre d'excitation

(À--· fixée à 632 nm)

6SO 7SO longueur d'onde en nrn

On remarque que le spectre de fluorescence (situé aux longueurs d'onde plus élevées) est le reflet approximatif du spectre d'absorption (situé aux longueurs d'onde plus basses).

La différence d'énergie ou de longueur d'onde (Eex - Eem) est appelée déplacement de stockes.

6",..ç __

4

~s ^~

^;io

JJ ~~&té>-- ~ ...- ,

)1w :::-

rJb

~.:r-- ' ~

IV.2.1 La fluorimétrie et l'analyse quantitative

Nous savons qu'une longueur d'onde donnée est absorbée par une molécule suivant la loi de Beer-Lambert. Une molécule ayant absorbé un photon est dans un état excité S1. Une partie de l'intensité de la radiation excitatrice est absorbée et une partie de lumière de fluorescence se trouve piégée avant de sortir de la cellule.

Io I,

On définit alors le rendement quantique de fluorescence, qui est constant, comme le nombre de photons émis à une longueur d'onde sur le nombre de photons absorbés par la molécule :

Nous connaissons le nombre de photons absorbés qui est proportionnel à IA. Le nombre de photons émis est alors de :

IF

=

<l>F (lo - l1) avec l1 = Ioe·A

Soit

I =4> .] ·(1-e(-c·l-c))

F F 0

Dans le cas d'une solution diluée, un développement limité au premier ordre donne

I

_F =<l1 _F

-1

₀ ·E·l·c

Linéarité

C

La fluorescence dans les milieux dilués est proportionnelle à la concentration pour une longueur d'onde d'émission et d'excitation données, un Io donné et une concentration C donnée.

IF= K.C K la pente de la droite.

IV.2.2 Fluorimétrie et analyse qualitative 1) La fluorescence induite

Les colorants utilisés, ne deviennent fluorescents que lorsqu'ils sont en contact avec la molécule étudiée. On utilise souvent des microscopes optiques pour visualiser les acides nucléiques (ADN, ARN). On distingue 2 types de colorants:

*Les colorants se fixant spécifiquement sur les paires de bases (Hoechst et DAPI spécifiques des bases A-T) .

.uh°0)e ~ ~ ^flu.- ,-,...9fi'c.4 ~0

^fV

f'vi. ~

*Les intercalants : iodure de propidium et bromure d'éthidium (se fixent entre 2 brins d'ADN peu importe la séquence nucléotidique).

Ces colorants permettent de distinguer l'hétérochromatine (ADN très condensé donc fluorescence très forte) et l'euchromatine (ADN peu condensé donc fluorescence plus faible). L'ADN n'est pas réparti de manière homogène dans le noyau donc on a une coloration hétérogène avec ces colorants.

Cas de la protéine GFP (Green Fluorescent Protein)

GFP (Green Fluorescent Protein) est une protéine naturellement fluorescente (Issue d'une méduse). Cette protéine a la forme d'un tonneau avec au milieu 3 acides aminés responsables de la fluorescence : le chromophore.

La GFP absorbe dans le bleu et émet dans le vert. Ces molécules sont extrêmement populaires car grâce à leur bioluminescence endogène, ce sont d'excellents marqueurs pour l'imagerie cellulaire (Son gène peut être fusionné in-vitro au gène d'une protéine que l'on souhaite étudier pour l'imagerie cellulaire). Il existe maintenant différentes variantes de la GFP qui ont été obtenues en modifiant celle-ci par ingénierie génétique.

2) L'immunofluorescence indirecte Mlt.~CfA

~e e..:t:0-f1 -

~.i::c., On utilise des anticorps fluorescents pour marquer les molécules à étudier et les visualiser en microscopie optique, cette technique permet d'éviter les modifications génétiques de la cellule. On peut rendre artificiellement les anticorps fluorescents en les couplant chimiquement à des fluorochromes. La protéine joue le rôle de l'antigène. Sur cette protéine il y a plusieurs épitopes (zones que les anticorps reconnaissent). Pour plus de précision, on va utiliser des anticorps monoclonaux (mélange d'anticorps qui ne reconnaissent qu'un seul épitope). Pour la technique d'immunofluorescence indirecte, on a besoin de 2 types d'anticorps:

Les anticorps primaires, dirigés contre la protéine d'intérêt.

Les anticorps secondaires, dirigés contre l'anticorps primaire.

Comment obtient-on ces anticorps ?

On injecte à un animal l'antigène (la protéine d'intérêt). L'animal va créer des anticorps pour se défendre et on ira les récupérer.

Les anticorps secondaires, dirigés contre l'anticorps primaire (ils reconnaissent la partie constante des anticorps primaires) et couplés à des fluorochromes, ils permettent de localiser les anticorps primaires et donc les protéines d'intérêt.

protéine cible

. ~r,1

^p(loll ~

fto..)M, ~~~

Anticorps primaire de lapin

dirigé contre la protéine cible

Anticorps secondaire de cheval couplé à la GFP et dirigé contre le fragment constant de

l¹anticorp$ primaire

V- interaction des ondes ultrasons avec la matière biologique Onde sonore :

Une onde sonore est une vibration de particule dans un milieu donné qui se déplace par le phénomène d'élasticité de ce milieu. Selon la fréquence du son, nous trouvons

20Hz 20KHz 200MHz

Infrason

1

Son

\

_Ultrason

1

y(Fréquence)

Définition des ultrasons :

Les Ultrasons sont des vibrations mécaniques de même nature que le son, mais de fréquence supérieure à la plus haute fréquence audible pour l'homme. L'onde Ultrasonore a besoin d'un support matériel (milieu solide, liquide ou gazeux) pour se propager, c'est-à-dire elle se propage par changement de pression dans le milieu où elle circule. Ces variations de pression entre les différentes particules du milieu sont à l'origine du mouvement ondulatoire.

Les différents paramètres de l'onde sonore sont régis par l'équation:

C =ë.f C : la vitesse de propagation (mis). ë : la longueur d'onde (m).

f: la fréquence (Hz).

Caracteristiques des ultrasons

► Les ultrasons se propagent en ligne droite comme les ondes hertziennes millimétriques et les infrarouges, dont la gamme de longueurs d'onde est la même. Ils peuvent former des faisceaux d'une haute énergie.

► Les lois qui régissent la propagation des ultrasons, sont très proches de celles qui régissent la propagation de la lumière : Absorption, Diffusion, Réflexion et Réfraction.

Interface

► La vitesse de propagation des ultrasons varie avec le milieu traversé (voir tableau).

- - - -- - -- ^---- --------- ... , .. ^,,, __ ._ - -··· ·~ ---- -------···-- -------- ---- -

Matériau/ Tissu iCélérité m/s iimpédance Acoustique« kg/m²/s x 10⁶

! ¹

[ . ---- - - - --- - --- _ T _______ _ _ _ - -- - - - ---- --- --- - -- ---- - - --- - ----

1 Au 1330 0 ,0004

!Graisse

^{11450 1 -1-,3-8-} - - - -- - -•

F·~-::;;~~

^,1530

f-;- -·

¹¹⁵⁸⁰

1

!Tissu mou

!

--- ---! ---

j1540

Muscle 1600

1,48

--- - ---- - - - --- - -·

11,61

r---·-··---···-- . ----·---- ------ ---------- - ----·--

! 1,3 - 1,63

1

l os

3000 à4000 13,8 - 7,8

- - - -- - - -- - - -- - -- - - - --

I Foie I ;;;;--!

^1,62