La technologie speckle-MAIN développée par les chercheurs de l’Université de Californie à San Diego implique un matériau spécialement conçu qui raccourcit la longueur d’onde de la lumière lorsqu’il illumine l’échantillon.
Imagerie Speckle-MAIN des cellules Cos-7 : (a) image à diffraction limitée ; barre d’échelle – 20 m ; (b) image de speckle-MAIN reconstruite; (c, d) zoom avant sur la zone de la boîte blanche en (a) ; (e, f) zoom avant de la zone de la boîte blanche en (b) ; barre d’échelle : 2 m. Crédit 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 en tant qu’objet séparé.
Et bien qu’il existe des outils plus puissants tels que les microscopes électroniques, qui ont la résolution de voir les structures subcellulaires, ils ne peuvent pas être utilisés pour imager des cellules vivantes car les échantillons doivent être placés dans une chambre à vide.
“Le principal défi est de trouver une technologie qui a une très haute résolution et qui est également sans danger pour les cellules vivantes”, a déclaré le professeur Zhaowei Liu, chercheur au département de génie électrique et informatique, au programme de science et génie des matériaux et au Center for Memory and Recherche d’enregistrement à l’Université de Californie, 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 rétractable à la lumière appelé métamatériau hyperbolique. Il est composé de couches alternées de nanomètres minces d’argent et de verre de silice.
Au fur et à mesure que la lumière passe, ses longueurs d’onde se raccourcissent et se diffusent pour générer une série de motifs mouchetés aléatoires à 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 basse résolution, qui sont toutes capturées puis reconstituées par un algorithme de reconstruction pour produire une image haute résolution.
“Le métamatériau hyperbolique convertit la lumière basse résolution en lumière haute résolution”, a déclaré le professeur Liu.
«C’est très simple et facile à utiliser. Placez simplement un échantillon sur le matériau, puis placez le tout sous un microscope normal – aucune modification sophistiquée n’est nécessaire.
Le professeur Liu et ses collègues ont testé leur technologie avec un microscope inversé commercial.
Ils ont pu imager des caractéristiques fines, telles que des filaments d’actine, dans des cellules Cos-7 marquées par fluorescence – des caractéristiques qui ne sont pas clairement discernables en utilisant uniquement le microscope lui-même.
La technologie a également permis aux scientifiques de distinguer clairement de minuscules billes fluorescentes et des points quantiques espacés de 40 à 80 nm.
“La technologie de super résolution a un grand potentiel pour un fonctionnement à grande vitesse”, ont-ils déclaré.
« Notre objectif est d’intégrer une vitesse élevée, une super résolution et une faible phototoxicité dans un seul système d’imagerie des cellules vivantes. »
Les travaux de l’équipe ont été publiés dans la revue Communications de la nature.
_____
Yu lee et al. 2021. Nanoscopie d’illumination assistée par métamatériau via des taches de super-résolution aléatoires. Nat Commun 12, 1559 ; doi: 10.1038/s41467-021-21835-8
