CE42 - Capteurs, instrumentation

Détecteurs à rayons X ultracompacts fibrés par couplage de scintillateurs à des antennes nano-optiques – NANOPTiX

Résumé de soumission

NANOPT-X est un programme d'avant-garde visant à développer une nouvelle génération de détecteurs de rayons X performants (haute sensibilité, haute résolution, temps de réponse réduit) disponibles dans des architectures ultra-compactes et flexibles, compatibles avec l'endoscopie.

L'objectif principal de NANOPTiX est de miniaturiser les détecteurs de rayons X. Nous ciblons de minuscules sondes intégrées à l'extrémité de fibres optiques de la taille d'un cheveu (125 µm jusqu'à 80 µm de diamètre extérieur). Pour cela, NANOPTiX exploitera pour la première fois le concept d'Antenne Nano-Optique (ANO) afin de contrôler la Luminescence Excitée Sous Irradiation (LESI) par des scintillateurs. Les ANOs seront conçues comme des interfaces clés entre les scintillateurs et la fibre optique étroite, visant (1) à augmenter considérablement le signal de LESI couplé dans la fibre, et (2), à contrôler le taux d'émission des scintillateurs. Nous proposons ainsi la première approche nano-optique dans les domaines de l’imagerie et de la dosimétrie X en temps réel. Cela représente une rupture dans l'ingénierie de détecteurs de rayons X. Si les ANOs ont suscité un intérêt considérable afin d’améliorer le taux de fluorescence et la directivité d’émission de molécules et de quantum dots, leur capacité à contrôler la LESI n'a jamais été rapportée à ce jour. Avec le projet NANOPTiX, la nano-optique va apporter une première contribution essentielle aux architectures et aux protocoles liés à la détection de rayonnements ionisants.

Les possibilités de miniaturisation offertes par l'approche disruptive proposée permettront de surmonter les obstacles en matière de dosimétrie et d'imagerie X. Des capteurs endoscopiques à fortes résolution et sensibilité, dont l’empreinte est négligeable, émergeront du projet NANOPTiX. Ces premières mondiales auront un impact couvrant un large éventail de domaines scientifiques, médicaux et industriels, à fortes retombées économiques et sociétales. Dans ce contexte, malgré les défis scientifiques à relever, NANOPTiX est résolument orienté vers le prototypage (TRL 4) et la valorisation de résultats brevetables. Nous ciblons des prototypes pré-industriels de dosimètres endoscopiques pour la radiothérapie. De tels prototypes incluront des sondes optimisées encapsulées, et l’instrumentation clé-en-main associée, pour une mesure en temps réel de la dose d'irradiation appliquée en milieu clinique. NANOPTiX va ainsi combler l’écart entre la recherche fondamentale et la recherche appliquée, en apportant une opportunité de transformer des concepts de laboratoire en des prototypes proches d’une commercialisation. Par conséquent, les problèmes fondamentaux de NANOPTiX seront abordés industriellement et médicalement dès le début du projet afin d’aboutir à court terme à un prototypage hors du laboratoire. Cette ambition a nécessité la création d'un consortium pluridisciplinaire associant deux entreprises et trois instituts académiques, dont un hôpital universitaire et ses services de recherche clinique et translationnelle.

Le consortium à l'origine de ce projet est unique et permettra le développement et la validation de cette nouvelle approche technologique par le biais d’objectifs ambitieux et complémentaires, concernant la dosimétrie X endoscopique clinique (TRL4), et l’étude exploratoire d’une détection et d’une imagerie à l'échelle nanométrique. Les nombreux défis technologiques seront relevés grâce aux possibilités de fabrication du consortium, impliquant l'une des cinq plateformes technologiques du réseau français Renatech.

Les perspectives du projet NANOPT-X vont bien au-delà de la caractérisation du rayonnement X. En mettant en œuvre des détecteurs fibrés sensibles à d'autres types de rayonnements ionisants, telles que les particules élémentaires chargées, la dosimétrie endoscopique locale deviendra possible pour l’hadron-thérapie et la curiethérapie, avec une précision et une versatilité inédites.

Coordination du projet

Thierry GROSJEAN (INSTITUT FRANCHE-COMTE ELECTRONIQUE MECANIQUE THERMIQUE ET OPTIQUE - SCIENCES ET TECHNOLOGIES)

L'auteur de ce résumé est le coordinateur du projet, qui est responsable du contenu de ce résumé. L'ANR décline par conséquent toute responsabilité quant à son contenu.

Partenaire

CIC1431 Inserm CIC 1431 / CHRU Besançon
PnP PHOTON POLYMERS
SEDI-ATI SEDI-ATI FIBRES OPTIQUES
CINaM Centre National de la Recherche Scientifique DR12 Centre Indisciplinaire de Nanoscience de Marseille
FEMTO-ST INSTITUT FRANCHE-COMTE ELECTRONIQUE MECANIQUE THERMIQUE ET OPTIQUE - SCIENCES ET TECHNOLOGIES

Aide de l'ANR 500 176 euros
Début et durée du projet scientifique : janvier 2019 - 42 Mois

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