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Un revêtement de « métamatériau hyperbolique » : la solution possible pour atteindre une ultra-haute résolution dans un microscope optique traditionnel

L’une des premières choses que nous apprenons dans les laboratoires des instituts est les avantages et les inconvénients d’un microscope optique : le grossissement est « infini », mais le goulot d’étranglement est le pouvoir de résolution. Heureusement, avec l’avancement des microscopes et des différents types, cela a beaucoup changé ces dernières années et dernièrement, nous voyons encore plus de progrès dans l’augmentation de la résolution.

Nous avons récemment vu comment l’utilisation d’algorithmes peut donner des résolutions record, voire différencier les atomes. Et maintenant, dans une ligne d’enquête similaire, ils ont trouvé un revêtement qui permet d’augmenter la résolution pas besoin de changer l’ensemble de l’objectif du microscope.

Il ne nécessite pas de modifier le microscope et un échantillon vivant peut être observé

Bien que dans ce cas, des algorithmes soient également finalement utilisés comme l’a fait l’équipe de l’Université de Cornwell, la clé de ce travail publié dans Nature est quelque chose de relativement similaire à ce que nous avons vu dans le cas de l’objectif qui se concentrait par lui-même. Pas à cause de la fonction, mais parce qu’il s’agit de un revêtement spécial qui agit comme une lentille haute résolution.

Selon le critère de Rayleigh, un microscope optique traditionnel est limité à la fois par les propriétés des lentilles et par la diffraction de la lumière, telle qu’elle existe une limitation de 200 nanomètres. C’est-à-dire que si deux objets sont séparés l’un de l’autre de moins de 200 nanomètres, nous les verrons ensemble.

Compte tenu de cette limitation de résolution, les microscopes électroniques sont apparus, avec l’avantage que les électrons ne sont pas des photons et permettent d’obtenir des images avec résolutions inférieures au nanomètre, montrant même assez clairement les composants du « squelette » des cellules. Bien sûr, l’échantillon doit être sous vide (c’est-à-dire inerte) et ce sont des microscopes plus chers que la plupart des optiques relativement avancées.

C’est à ce stade qu’intervient le système d’algorithmes + intelligence artificielle de Cornwell et celui de cette équipe d’ingénieurs de l’Université de San Diego (Californie) va également. Ce qu’ils ont créé est, selon eux, un métamatériau hyperbolique Cela vous permet de manipuler la lumière pour réduire la diffusion de la lumière visible, donnant quelque chose comme un motif de taches de lumière, pour ainsi dire.

Rendu d’artiste d’une technologie haute résolution basée sur un revêtement en métamatériau hyperbolique. Des cellules animales (zone rouge) sont montées sous ce revêtement et plusieurs images sont créées qui sont ensuite traitées pour obtenir une seule image haute résolution. Image : Université de San Diego (Californie)

Ce « point de lumière » éclaire l’échantillon sous différents angles, de sorte qu’il est capturé une série d’images en basse résolution. Chacune de ces images met en évidence une partie, un algorithme est donc utilisé pour les combiner pour obtenir l’image finale à haute résolution.

La résolution obtenue dans ce cas n’est pas aussi élevée que celle que nous avons évoquée à propos du système développé par les chercheurs de Cornwell, mais comme expliqué dans ce cas, elle permettrait d’augmenter la résolution d’un microscope optique traditionnel pour 40 nanomètres, ce qui est déjà beaucoup. Surtout parce qu’avec cela, il pourrait être possible d’observer des échantillons vivants, avec lesquels il pourrait être possible non seulement de mieux visualiser certaines structures, mais aussi des processus qui s’effectuent à l’échelle moléculaire (phagocytose, division cellulaire, etc.).

C’est donc une solution peut-être plus viable que celle de la résolution qui permettait de voir les atomes puisque dans ce cas ne nécessite pas autant de ressources techniciens. Nous verrons si cela finit par être une solution potentielle pour augmenter les performances des nombreux microscopes optiques qui sont utilisés quotidiennement dans tant de laboratoires et d’institutions.

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