La technologie speckle-MAIN mise au point par les chercheurs de l’Université de Californie à San Diego fait appel à un matériau spécialement conçu pour raccourcir la longueur d’onde de la lumière lorsqu’elle illumine l’échantillon.
Imagerie speckle-MAIN de cellules Cos-7 : (a) image limitée par diffraction ; barre d’échelle – 20 μm ; (b) image speckle-MAIN reconstruite ; (c, d) vue zoomée de la zone de boîte blanche dans (a) ; (e, f) vue zoomée de la zone de boîte blanche dans (b) ; barre d’échelle : 2 μm. Crédit d’image : Lee et al, doi : 10.1038/s41467-021-21835-8.
Les microscopes optiques conventionnels ont une limite de résolution de 200 nanomètres (nm), ce qui signifie que tout objet plus proche que cette distance ne sera pas observé comme un objet distinct.
Et bien qu’il existe des outils plus puissants tels que les microscopes électroniques, qui ont la résolution nécessaire pour voir les structures subcellulaires, ils ne peuvent pas être utilisés pour imager les cellules vivantes car les échantillons doivent être placés dans une chambre à vide.
“Le principal défi consiste à trouver une technologie qui offre une très haute résolution et qui soit sûre pour les cellules vivantes”, a déclaré le professeur Zhaowei Liu, chercheur au département de génie électrique et informatique, au programme de science et d’ingénierie des matériaux et au centre de recherche sur la mémoire et l’enregistrement de l’université de Californie à San Diego.
Avec la technologie speckle-MAIN, un microscope optique conventionnel peut être utilisé pour imager des structures subcellulaires vivantes avec une résolution allant jusqu’à 40 nm.
La technologie consiste en une lame de microscope recouverte d’un type de matériau rétrécissant la lumière appelé métamatériau hyperbolique. Il est composé de couches alternées d’argent et de verre de silice de quelques nanomètres d’épaisseur.
Lorsque la lumière passe à travers, ses longueurs d’onde se raccourcissent et se dispersent pour générer une série de motifs mouchetés aléatoires de haute résolution.
Lorsqu’un échantillon est monté sur la lame, il est éclairé de différentes manières par cette série de motifs lumineux mouchetés.
Cela crée une série d’images à basse résolution, qui sont toutes capturées et ensuite assemblées par un algorithme de reconstruction pour produire une image à haute résolution.
“Le métamatériau hyperbolique convertit la lumière à basse résolution en lumière à haute résolution”, explique le professeur Liu.
“C’est très simple et facile à utiliser. Il suffit de placer un échantillon sur le matériau, puis de placer le tout sous un microscope normal – aucune modification fantaisiste n’est nécessaire.”
Le professeur Liu et ses collègues ont testé leur technologie avec un microscope inversé commercial.
Ils ont été en mesure d’obtenir des images de caractéristiques fines, telles que les filaments d’actine, dans des cellules Cos-7 marquées par fluorescence – des caractéristiques qui ne sont pas clairement discernables à l’aide du microscope lui-même.
La technologie a également permis aux scientifiques de distinguer clairement de minuscules perles fluorescentes et des points quantiques espacés de 40 à 80 nm.
“La technologie de super résolution a un grand potentiel pour les opérations à grande vitesse”, ont-ils déclaré.
“Notre objectif est d’intégrer la haute vitesse, la super résolution et la faible phototoxicité dans un seul système pour l’imagerie des cellules vivantes.”
Les travaux de l’équipe ont été publiés dans la revue Nature Communications.
