La biofotonica l'uso della luce per l'analisi di oggetti biologici ma anche i loro cambiamenti. È una nuova scienza che combina biologia e fotonica . La fotonica è la scienza che si occupa della generazione, manipolazione e rilevazione di fotoni che sono "esseri quantistici". Questi esseri quantistici quando si propagano sono rappresentati da un'onda (vedi Indice di rifrazione ), più esattamente un'onda elettromagnetica . Nel caso della biofotonica, ci limitiamo alla finestra d'acqua dove l' assorbimento è basso, che è la parte ultravioletta , visibile e vicino infrarosso . Questa finestra chiamata UV-Vis-NIR corrisponde allo spettro elettronico . Quando questi esseri quantistici vengono misurati, vengono quindi rappresentati da un corpuscolo o da una particella e si parla di dualità onda-particella . Inizialmente la fotonica era pensata come un'immagine dell'elettronica considerando che i fotoni avrebbero avuto un ruolo centrale nelle tecnologie come gli elettroni che sono anche esseri quantistici ma hanno massa e carica elettrica (e non vanno non alla velocità della luce ). Questo spettro elettronico è la parte delle onde elettromagnetiche che interagiscono con gli elettroni di valenza in un modo molto particolare. È delimitato dagli UV del vuoto e dai raggi X che si chiamano radiazioni ionizzanti che causano ionizzazioni ) e sono molto dannosi. La finestra UV-Vis-NIR corrisponde a transizioni elettroniche e vari tipi di spostamento di elettroni . Gli esseri viventi fanno molto uso di queste forme di conversione dell'energia tra questi due tipi di esseri quantistici, ad esempio la fotosintesi , i meccanismi molecolari della visione , la sintesi della vitamina D ... Uno dei problemi centrali della biofotonica è quantificare il "effetti collaterali" delle radiazioni UV-Vis-NIR sugli organismi viventi dalla scala molecolare (es. fotolisi ) alla scala ecologica.
La biofotonica non è solo una forma di giustapposizione ( multidisciplinare ) o intersezione ( interdisciplinare ) di queste due scienze ma è la transdisciplinarità . Per situare la biofotonica in una prospettiva ampia, si possono consultare la Storia dell'ottica , la Cronologia della biologia e la Storia della storia naturale, in particolare le sezioni sulla microscopia ottica. Si potrebbe pensare che la biofotonica sia sempre esistita come parte della biologia o come parte dell'ottica, ma in realtà la consapevolezza dell'emergere di una nuova disciplina con una propria cultura mista è avvenuta nel giugno 1989 per il fatto editoriale di aver raggruppato 22 articoli per la prima volta in una rivista riconosciuta. La pubblicazione congiunta di 22 articoli sulle proprietà ottiche dei tessuti dei mammiferi è stata un indicatore decisivo.
Nella storia della biofotonica francese, possiamo identificare tre fasi:
La biofotonica non è solo lo studio di fenomeni legati alle scienze della vita utilizzando l' ottica e la fotonica . Così la biofotonica ha aperto nuove strade anche all'ottica, ad esempio attraverso l'uso della conoscenza degli oggetti biologici sulla strutturazione della materia vivente che genera interferenza (vedi ad esempio il cristallo fotonico ). Possiamo quindi vedere che l'accoppiamento tra le due vecchie discipline accademiche avviene in entrambe le direzioni. Infine, il cuore della biofotonica è lo studio dell'interazione tra la luce e gli esseri viventi. Nell'elenco non esaustivo che segue, compaiono i principali campi di applicazione della biofotonica.
La biofotonica ha tre aree principali:
(i) o vogliamo analizzare oggetti biologici e quindi minimizzare le modificazioni indotte dalle radiazioni,
(ii) o modificare questi oggetti biologici,
(iii) o utilizzare strutture chimiche (cioè emoglobina ) e/o fisiche ( cioè iridescenza ) degli esseri viventi per modificare il comportamento della luce. Nella biofotonica, i sottodomini sono spesso classificati in base alla tecnica.
Oltre al microscopio ottico , uno dei campi più significativi riguarda le microscopie. La biofotonica si occupa anche dello sviluppo di strumenti di microscopia ottica per l'imaging di cellule e tessuti viventi. Il suo vantaggio, rispetto ad altre tecniche, è l'accesso all'imaging biologico in condizioni fisiologiche. Gli attuali sviluppi mirano ad accedere a componenti ottici migliori ea nuovi contrasti ottici per ottenere, ad esempio, una migliore sensibilità, o una migliore risoluzione ottica per scendere alla risoluzione nanometrica (non si parla più di microscopia ma di nanoscopia ). I contrasti ottici utilizzati sono principalmente Assorbimento (ottico) , fluorescenza , fluorescenza a due fotoni, ottiche non lineari (generazione di seconda armonica, terza armonica, ecc.), e differenze di indice di rifrazione.Uno degli ostacoli di queste tecniche è in particolare il photobleaching .