Chaires de recherche du Canada Eddie Goldenberg en chiralité ultrarapide au service de la santé, de l’environnement et des technologies quantiques

Domaine prioritaire pour le gouvernement du Canada : la santé, notamment la biotechnologie

De nombreuses molécules essentielles à la vie existent sous deux formes qui sont l’image l’une de l’autre dans un miroir. Malgré leur ressemblance presque parfaite, ces deux formes peuvent avoir des effets très différents dans l’organisme : l’une peut contribuer au traitement d’une maladie, alors que l’autre peut être préjudiciable – la thalidomide en est un exemple tragique. Cette propriété, appelée « chiralité », joue un rôle fondamental en médecine, dans le développement de médicaments et en sciences de l’environnement; or, il demeure difficile de la détecter avec précision. Les méthodes actuelles sont lentes, nécessitent de vastes échantillons et ne permettent pas l’analyse en temps réel, ce qui complique le diagnostic précoce et le contrôle rapide de la qualité.

Les travaux de la professeure Smirnova proposent une nouvelle approche fondée sur la lumière chirale synthétique. Ces champs lumineux multicolores ultrarapides combinent plusieurs couleurs de lumière de manière à créer dans le temps une structure chirale tridimensionnelle. Contrairement aux méthodes optiques classiques, qui reposent sur de faibles interactions magnétiques entre la lumière et les molécules, cette approche génère des signaux jusqu’à 1 000 fois plus intenses. La professeure et son équipe peuvent ainsi distinguer les deux formes miroir d’une même molécule avec une rapidité et une exactitude nettement supérieures à celles de toute méthode actuellement disponible.

Les retombées potentielles sont considérables. Dans le domaine de la santé, cette technologie pourrait permettre de détecter des cancers et des maladies neurodégénératives en repérant, dans le sang ou les tissus, les changements moléculaires qui leur sont associés. Dans l’industrie pharmaceutique, elle pourrait accélérer le contrôle de la qualité et renforcer l’innocuité des médicaments. En environnement, elle pourrait contribuer à repérer les polluants ainsi qu’à retracer leur origine, en plus de surveiller les transformations dans l’eau, l’air et les aliments.

Le programme s’intéresse aussi au potentiel de la structure naturelle des molécules chirales pour le développement de technologies quantiques et spintroniques plus performantes et durables, renforçant ainsi le rôle de chef de file du Canada en innovation quantique.

À l’Université d’Ottawa, la professeure Smirnova collaborera avec des chercheuses et chercheurs de premier plan dans les domaines de la lumière structurée, des technologies quantiques et des biocapteurs afin de mettre au point la toute première plateforme intégrée pour la détection ultrarapide de la chiralité. Pour ce faire, elle travaillera en étroite collaboration avec des partenaires des secteurs de la santé, de l’industrie et de la surveillance environnementale, y compris avec Thermo Fisher Scientific et des hôpitaux affiliés à l’Université d’Ottawa.

Olga Smirnova est titulaire d’une maîtrise ès sciences (1996) et d’un doctorat (2000) en physique de l’Université d’État de Moscou. Chercheuse-boursière Lisa-Meitner à l’Université technique de Viennes de 2003 à 2005, elle s’est ensuite jointe à l’Institut Steacie des sciences moléculaires du Conseil national de recherches du Canada à Ottawa, où elle a occupé un poste permanent en recherche de 2006 à 2009. Elle a par la suite fondé – grâce à une subvention particulière de la Fondation Leibniz – le groupe Strong Field Theory au Max-Born Institute for Non-linear Optics and Short Pulse Spectroscopy de Berlin, groupe qu’elle dirige depuis 2009. Elle est professeure titulaire de physique à la Technische Universität Berlin depuis 2016, en plus d’être professeure invitée au Technion, en Israël, de 2022 à 2027.

La professeure Smirnova est considérée comme la sommité mondiale en imagerie attoseconde et en contrôle de la dynamique des charges et du spin dans la matière. Figure fondatrice du domaine de la chiralité ultrarapide, elle a mis au point la lumière chirale synthétique, une avancée qui rend possible la distinction entre les deux formes miroir d’une même molécule avec une sensibilité jusqu’à 1 000 fois plus élevée que ce qui était auparavant réalisable.

Elle a publié plus de 130 articles scientifiques à comité de lecture, notamment dans Nature, Science, Nature Physics et Nature Photonics, qui ont cumulé plus de 13 000 citations. Ses découvertes ont mené à deux brevets internationaux. Lauréate du Prix Ahmed-Zewail en sciences et technologies ultrarapides en 2020, la distinction la plus prestigieuse dans son domaine, elle a aussi obtenu une subvention de recherche avancée du Conseil européen de la recherche en 2021.

La professeure Olga Smirnova siège au comité consultatif scientifique du Laser européen à électrons libres et à rayons X (European XFEL), au comité de rédaction de Physical Review X, ainsi qu’au conseil de la division de physique AMO de la Société européenne de physique.