Fibroscopie. Bts analyes de biologie médicale 2015.

Les cellules cancéreuses se distinguent des cellules saines de plusieurs manières : en
particulier, la fluorescence des cellules malades n’est pas la même que celle des cellules normales.
La technique décrite ici se base sur la capacité qu’ont les molécules de tryptophane et de NADH (forme réduite de la nicotinamide adénine dinucléotide) d’émettre une fluorescence respectivement à 360 nm et à 440 nm lorsqu’elles sont excitées par une radiation de longueur d’onde 308 nm.
Le dessin ci-dessous décrit le principe d’observation : le fibroscope utilisé est constitué d’un ensemble de fibres optiques, les fibres excitatrices et les fibres réceptrices.

Les fibres excitatrices éclairent le tissu avec la radiation d’excitation produite par un laser.
Les fibres réceptrices guident la lumière émise par le tissu vers un spectrophotomètre puis un détecteur permettant d’enregistrer le spectre correspondant. Le spectre obtenu permet de déterminer le rapport R=I₃₆₀ / I₄₄₀ entre les intensités de fluorescence obtenues à 360 nm et à 440 nm. On estime que si ce rapport est inférieur à 1 le tissu est sain alors que s’il dépasse largement 2, le tissu est tumoral.
Partie 1: éclairement des tissus via la fibre optique excitatrice.
1.1 Le rayonnement laser est qualifié de lumière monochromatique. Définir ce terme.
Une lumière monochromatique possède une seule couleur ( une seule fréquence ).
1.2 La longueur d’onde de 308 nm choisie pour éclairer le tissu via la fibre optique excitatrice est-elle cohérente par rapport à l’extrait de brochure sur le laser ci-dessus ?
"illuminer avec de la lumière UV des cellules de la vessie".
308 nm est inférieure à 400 nm : cette longueur d'onde appartient au domaine UV.
On s’intéresse ici au cas de la fibre à saut d’indice. Une telle fibre optique est constituée d’un coeur en verre d’indice optique n_c entouré d’une gaine d’indice optique n_g. La propagation de la lumière dans la fibre peut se modéliser par les lois de la réfraction. Le schéma ci-dessous modélise le trajet d’un rayon lumineux dans la fibre. Le coeur possède un indice n_c qui vaut 1,62 et la gaine possède un indice n_g qui vaut 1,51. On considère que l’indice optique de l’air vaut 1,00.
On s’intéresse à ce qui se passe au niveau des points A et B dans le cas où l’angle d’incidence i₁ vaut 40°.

1.3 Rappeler les lois de Snell-Descartes relatives à la réfraction.
Rayons incident et réfracté sont dans le même plan.
n₁ sin i₁ = n₂ sin i₂.
1.4 Calculer la valeur de l’angle i₂.
sin i₂ = n₁ sin i₁ / n_c =1 sin 40 / 1,62 =0,397 ; i₂ = 23,38 ~23°.
1.5 Montrer que l’angle i₃ a pour valeur environ 67°.
Les angles i₂ et i₃ sont complémentaires.
i₂ +i₃ = 90° ; i₃ = 90-23,38 =66,62 ~67°.
Pour que le rayon qui arrive en B reste dans le coeur de la fibre, il faut qu’il y subisse une réflexion totale.
1.6 Expliquer pourquoi en arrivant sur le point B, le rayon lumineux arrivant avec l’incidence i₃ précédente peut passer dans la gaine.
Au point B : n_c sin i₃ = n_g sin i₄.
sin i₄ = n_c sin i₃ / n_g =1,62 sin 66,62 / 1,51 = 0,985 ;
Cette valeur étant inférieure à 1, le rayon réfracté dans la gaine existe bien.