Nos blocs optiques au service du biosensing
Nos anciens lecteurs CD, DVD ou Blu-ray pourraient encore servir – du moins une certaine partie, la plus importante, le pick-up optique (OPU: Optical Pick-up Unit)- pour être mis au service du biosensing.
Depuis l’avènement du support physique optique, la technologie n’a eu de cesse d’évoluer (CD, puis DVD, puis Blu-ray) et les ventes aussi, si bien qu’on peut annoncer sans trop se tromper qu’au moins un lecteur optique (quelque soit la technologie) est présent dans les foyers. Ces lecteurs comportent en leur sein une merveille de technologie et d’ingénierie, l’OPU, dont les utilisateurs n’ont pas toujours conscience ! Des scientifiques (chercheurs, universitaires etc.) détournent (« hacking ») cet élément pour en faire un outils s’inscrivant dans le biosensing.
Qu’est ce que le BIOSENSING
On traduirait ce terme par « Biodétection » ou « analyses biologiques ». C’est une technologie qui se rapporte à la détection de biomolécules à l’aide d’un capteur (sensor) physico-chimique ou plus précisément un biocapteur, biosenseur (ou biosensor en anglais) combinant un composant biologique avec un détecteur physico-chimique. Un biocapteur est associé également à d’autres éléments.
l’OPU (Optical Pick-up Unit)
L’OPU c’est ce que l’on traduirait par le bloc optique du lecteur. Il comporte plusieurs éléments qui sont pour synthétiser:
- La diode laser qui va émettre un faisceau de longueur d’onde différente, suivant le support pour laquelle elle a été déterminée (CD, DVD ou Blu-ray)
- un ou plusieurs prismes (beam splitter)
- filtres
- Une lentille montée sur un « actuateur » piloté par un VCM (Voice Coil Motor: Moteur à bobine mobile ou VCA pour Voice Coil Actuator) pour effectuer le focus (la mise au point) qui varie en fonction de la planéité du disque.
- Une photo diode qui réceptionne le signal en provenance du disque.
Le signal émis par la diode laser suit un trajet complexe au travers de ces différents éléments eux mêmes très complexes (technologiquement parlant et faisant pour certains, tels que les actuateurs, l’objet d’un asservissement pour le focus, le tracking: suivi de la piste, déplacement de l’OPU etc.).
Pour quelles applications ?
Bien sûr l’utilisation de l’OPU tel quel pour les applications décrites ne suffirait pas, il demande des adaptations très techniques et maitrisées, de nature scientifique, tout comme les connaissances nécessaires. On voit aussi que dans certaines adaptations des disques (Blu-ray par exemple) peuvent être utilisés comme « support ».
L’avantage de ce hack (détournement) reste le faible coût d’adaptation/utilisation par rapport à du matériel scientifique conventionnel très coûteux.
De plus il semble que ces dispositifs soient très précis. Les échelles de travail vont du micromètre au nanomètre.
Quelques exemples d’études:
Une description précise en français:
- Des disques Blu-ray pour effectuer des analyses biologiques
- Optical detection of nanoparticle-enhanced human papillomavirus genotyping microarrays
- Hacking CD/DVD/Blu-ray for Biosensing :
Sont précisées (traduites en français) les choses suivantes dans le résumé de cette dernière étude:
L’OPU dans un lecteur de CD / DVD / Blu-ray intègre des lasers de longueur d’onde de 780, 650 et 405 nm, des optiques à diffraction limitée, un transducteur optoélectronique à large bande passante jusqu’à 400 MHz et une nano-résolution x -, axe z et actionneur (l’actuateur) d’inclinaison dans une taille compacte. En outre, l’OPU est une pièce d’ingénierie remarquable et pourrait permettre différentes applications scientifiques telles que la détection de déplacement sub-angström, la micro et nano-imagerie et la nano-lithographie. Bien que l’on peut se procurer facilement des OPU les fabricants protègent leurs fiches techniques dans le cadre d’accords de « non-divulgation » pour empêcher leur mise à disposition du public. Ainsi, les OPU sont des « boîtes noires » que peu de gens peuvent utiliser pour la recherche, et seuls les chercheurs expérimentés peuvent accéder à toutes leurs fonctionnalités. Cet examen détaille le mécanisme et les composants de l’OPU. De plus, nous expliquons comment utiliser à partir de zéro trois OPU à triple longueur d’onde disponibles dans le commerce et optimiser la qualité de détection. Ensuite, nous discutons de la recherche scientifique utilisant les OPU, de la lecture de matrice de biomarqueurs clé en main basée sur un lecteur optique standard et des bio-applications directes OPU (cytométrie, pincement optique, bioimagerie) à la biodétection sur un OPU modifié (balayage de fluorescence de puce à ADN, diagnostic biomoléculaire). Nous concluons en présentant les tendances futures sur les dispositifs de stockage optique et les applications potentielles. La réutilisation d’OPU à faible coût et à hautes performances peut généraliser la recherche sur le biosensing à l’échelle micro et nanométrique des laboratoires de recherche aux « scientifiques-citoyens » du monde entier.
Les exemples sont multiples et demandent de solides bases scientifiques et beaucoup de lecture pour s’approprier ces concepts, ce qui n’est pas le but premier (car il en a pas la prétention) du présent article.
On trouve d’autres applications plus « légères » qui ne concernent pas forcément le biosensing
- Micro and nanoscale 3D printing using optical pickup unit from a gaming console
- Scanning laser microscopy made by CD-ROM OPU
En conclusion
Si jamais vous étiez pris d’une soudaine créativité scientifique à défaut de pouvoir visionner tranquillement vos Blu-ray car les défectuosités ont eu raison de vous… Alors ne jetez pas votre vieux lecteur et récupérez l’OPU ! Cela dit tout ce qui touche de près ou de loin à un faisceau laser et à mettre en œuvre avec d’infinies précautions, notamment pour préserver les yeux !
