Des chercheurs du Karlsruhe Institute of Technology (KIT) ont développé une nouvelle méthode de microscopie à fluorescence :la nanoscopie STEDD (Stimulation Emission Double Depletion) produit des images de la plus haute résolution avec un arrière-plan supprimé. La nouvelle méthode donne une qualité d'image améliorée, ce qui est avantageux lors de l'analyse en trois dimensions, structures subcellulaires densément disposées. STEDD, un perfectionnement de la méthode STED, est maintenant présenté dans Photonique de la nature .

La microscopie optique est largement appliquée dans le secteur des sciences de la vie. Entre autres, il est utilisé pour examiner de manière minimalement invasive des cellules vivantes. Résolution de la microscopie optique conventionnelle, cependant, est limité à la moitié de la longueur d'onde de la lumière, soit environ 200 nm, de telle sorte que les structures cellulaires les plus fines soient floues dans l'image. Dans les années passés, diverses méthodes de nanoscopie ont été développées qui dépassent la limite de diffraction et produisent des images de la plus haute résolution. Stefan W. Hell, Eric Betzig, et William Moerner ont reçu le prix Nobel de chimie pour leurs méthodes de nanoscopie en 2014. Maintenant, des chercheurs du Karlsruhe Institute of Technology (KIT) ont affiné la méthode de nanoscopie STED (Simulated Emission Depletion) développée par Hell en modifiant l'acquisition d'images de manière à supprimer efficacement le bruit de fond. La qualité d'image améliorée qui en résulte est particulièrement avantageuse pour l'analyse de données quantitatives en trois dimensions, molécules et structures cellulaires densément disposées. La nouvelle méthode de nanoscopie nommée STEDD (Stimulated Emission Double Depletion) développée par l'équipe du professeur Gerd Ulrich Nienhaus de l'Institut de physique appliquée (APH) et de l'Institut de nanotechnologie (INT) du KIT est présentée dans Photonique de la nature .

En microscopie à fluorescence, l'échantillon à étudier est balayé avec un faisceau lumineux fortement focalisé pour faire émettre une lumière fluorescente aux molécules de colorant. Les quanta de lumière sont enregistrés pixel par pixel pour construire l'image. En nanoscopie STED, le faisceau d'excitation utilisé pour le balayage est recouvert par un autre faisceau, le faisceau dit STED. Son intensité lumineuse se situe autour du faisceau d'excitation. Dans le centre, c'est zéro. De plus, le faisceau STED est décalé vers des longueurs d'onde plus élevées. Le faisceau STED utilise l'effet physique qui a été décrit pour la première fois par Albert Einstein il y a 100 ans, à savoir, émission stimulée, de couper partout l'excitation fluorescente, sauf au centre où le faisceau STED a une intensité nulle. De cette façon, l'excitation est confinée et il en résulte un point lumineux plus net pour le balayage. L'image STED haute résolution, cependant, a toujours un fond de basse résolution, ce qui est dû à une déplétion stimulée incomplète et à une excitation de fluorescence par le faisceau STED lui-même.

L'équipe de Gerd Ulrich Nienhaus a maintenant étendu cette méthode STED par un autre faisceau STED. Le faisceau STED2 suit le faisceau STED avec un certain retard et élimine le signal utile au centre, telle qu'il ne reste que l'excitation de fond. "La méthode STED est basée sur l'enregistrement de deux images, " explique le professeur Nienhaus. " Les photons enregistrés avant et après l'arrivée du faisceau STED2 contribuent à la première et à la deuxième image, respectivement." La deuxième image contenant uniquement l'arrière-plan est soustraite pixel par pixel, avec un facteur de poids spécifique, à partir de la première image qui contient le signal utile plus l'arrière-plan. Le résultat est une image sans arrière-plan de la plus haute résolution.