Des chercheurs font la démonstration d'une microscopie à super-résolution sans étiquette
Une méthode d'imagerie mesure la taille et la position des particules avec une précision nanométrique
Des chercheurs ont mis au point une nouvelle approche de mesure et d'imagerie qui permet de résoudre des nanostructures plus petites que la limite de diffraction de la lumière sans nécessiter de colorants ou d'étiquettes. Ces travaux représentent une avancée importante vers une nouvelle méthode de microscopie puissante qui pourrait un jour être utilisée pour voir les caractéristiques fines d'échantillons complexes au-delà de ce qui est possible avec les microscopes et techniques conventionnels.
Des chercheurs ont mis au point une nouvelle approche de mesure et d'imagerie qui permet de résoudre des nanostructures plus petites que la limite de diffraction de la lumière. Après l'interaction de la lumière avec un échantillon, la nouvelle technique mesure l'intensité lumineuse ainsi que d'autres paramètres encodés dans le champ lumineux.
Jörg S. Eismann, University of Graz
La nouvelle méthode, décrite dans Optica, la revue du groupe d'édition Optica consacrée à la recherche à fort impact, est une modification de la microscopie à balayage laser, qui utilise un faisceau laser fortement focalisé pour éclairer un échantillon. Les chercheurs ont développé cette technique en mesurant non seulement la luminosité, ou l'intensité, de la lumière après son interaction avec un spécimen étudié, mais aussi en détectant d'autres paramètres encodés dans le champ lumineux.
"Notre approche pourrait contribuer à étendre la boîte à outils de la microscopie utilisée pour étudier les nanostructures dans une variété d'échantillons", a déclaré le chef de l'équipe de recherche, Peter Banzer, de l'université de Graz en Autriche. "Par rapport aux techniques de super-résolution basées sur une approche de balayage similaire, notre méthode est totalement non invasive, ce qui signifie qu'elle ne nécessite aucune injection de molécules fluorescentes dans un échantillon avant l'imagerie."
Les chercheurs montrent qu'ils peuvent mesurer la position et la taille des nanoparticules d'or avec une précision de plusieurs nanomètres, même lorsque plusieurs particules se touchaient.
"Notre nouvelle approche de la microscopie à balayage laser pourrait combler le fossé entre les microscopes conventionnels à résolution limitée et les techniques de super-résolution qui nécessitent la modification du spécimen étudié", a déclaré Banzer.
Capturer davantage de lumière
Dans la microscopie à balayage laser, un faisceau lumineux est balayé sur l'échantillon et la lumière transmise, réfléchie ou diffusée provenant de l'échantillon est mesurée. Bien que la plupart des méthodes de microscopie mesurent l'intensité, ou la luminosité, de la lumière provenant de l'échantillon, une grande quantité d'informations est également stockée dans d'autres caractéristiques de la lumière, telles que sa phase, sa polarisation et son angle de diffusion. Pour saisir ces informations supplémentaires, les chercheurs ont examiné la résolution spatiale des informations relatives à l'intensité et à la polarisation.
"La phase et la polarisation de la lumière, ainsi que son intensité, varient dans l'espace d'une manière qui incorpore des détails fins sur l'échantillon avec lequel elle interagit - un peu comme l'ombre d'un objet nous renseigne sur la forme de l'objet lui-même", a déclaré Banzer. "Cependant, une grande partie de ces informations est ignorée si seule la puissance lumineuse globale est mesurée après l'interaction."
Ils ont démontré cette nouvelle approche en l'utilisant pour étudier des échantillons simples contenant des nanoparticules métalliques de différentes tailles. Pour ce faire, ils ont balayé la zone d'intérêt, puis enregistré des images de polarisation et de résolution angulaire de la lumière transmise. Les données mesurées ont été évaluées à l'aide d'un algorithme qui crée un modèle des particules qui s'adapte automatiquement pour ressembler le plus possible aux données mesurées.
"Bien que les particules et leurs distances soient beaucoup plus petites que la limite de résolution de nombreux microscopes, notre méthode a pu les résoudre", a déclaré Banzer. "En outre, et c'est encore plus important, l'algorithme a pu fournir d'autres paramètres sur l'échantillon, comme la taille et la position précises des particules."
Les chercheurs travaillent maintenant à adapter la méthode afin qu'elle puisse être utilisée avec des échantillons plus complexes. La fonctionnalité de l'approche peut également être étendue en adaptant la structure de la lumière qui interagit avec l'échantillon et en incorporant des approches basées sur l'intelligence artificielle dans les étapes de traitement de l'image. En ce qui concerne la détection, les auteurs, avec d'autres experts, développent actuellement une caméra spéciale dans le cadre d'un projet européen appelé SuperPixels. Ce dispositif de détection de nouvelle génération sera capable de résoudre les informations de polarisation et de phase en plus de l'intensité.
"Notre étude est une nouvelle démonstration du rôle central que la structure de la lumière peut jouer dans le domaine de l'optique et des technologies basées sur la lumière", a déclaré M. Banzer. "De nombreuses applications et phénomènes intrigants ont déjà été démontrés, mais il y a plus à venir."
Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Anglais peut être trouvé ici.
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