Les scientifiques ont imagé des nanocristaux d'or (montrés ici en fausses couleurs) à l'aide d'un faisceau d'électrons de 300 kV, par 1,3 kPa de vapeur d'eau. Crédit : Institut des sciences et technologies d'Okinawa
L'intérieur d'un microscope électronique, qui nécessite des niveaux de vide similaires à ceux rencontrés dans l'espace extra-atmosphérique, peut être un endroit extrêmement inhospitalier pour les matières organiques. Traditionnellement, les scientifiques de la vie ont contourné ce problème en congelant leurs spécimens afin qu'ils puissent être chargés en toute sécurité dans un microscope. Maintenant, des chercheurs de l'Okinawa Institute of Science and Technology Graduate University (OIST) ont mis au point une nouvelle approche pour l'imagerie des composés organiques.
En suspendant des échantillons organiques dans de la vapeur d'eau, Les scientifiques de l'OIST ont pu démontrer une autre façon de les visualiser en haute résolution. Les chercheurs ont découvert qu'ils pouvaient envoyer un faisceau d'électrons, couramment utilisé en microscopie, à travers une vapeur suffisamment dense pour qu'il soit possible de conserver les échantillons dans leur natif, état humide tout en permettant une imagerie à ultra haute résolution.
Leur étude, publié dans la revue PLOS UN , applique la physique à un problème bien connu de la biologie. Les résultats pourraient simplifier ce qui est actuellement un processus difficile d'imagerie des matériaux organiques.
D'habitude, afin de visualiser des échantillons, en particulier, échantillons organiques fragiles - à l'intérieur d'un microscope électronique à transmission haute puissance, les scientifiques doivent entreprendre une préparation approfondie. Créer une plaque de glace d'une fraction de nanomètre d'épaisseur avec une structure cristalline particulière peut nécessiter de nombreux essais. Ce processus à forte intensité de main-d'œuvre, ce qui peut prendre des mois, inspiré Cathal Cassidy, auteur principal de l'article et chercheur à l'unité de microscopie à ondes quantiques de l'OIST, pour essayer une autre méthode.
Même en vapeur d'eau dense, la présence d'"anneaux" et de "taches" montre le détail de l'or à l'échelle atomique. Crédit : Institut des sciences et technologies d'Okinawa
"J'ai vu mes collègues investir beaucoup d'efforts dans ce domaine, " dit Cassidy, " et j'ai pensé, « Ne pourrions-nous pas simplement éviter cette histoire de glace ? »"
Les chercheurs ont d'abord utilisé de l'or, un matériau inorganique, pour démontrer que les atomes peuvent être imagés avec succès à l'intérieur de la vapeur d'eau. Puis, ils ont examiné un virus en utilisant la même méthode. L'échantillon est resté stable, et l'image résultante est sortie nette, en relativement haute résolution.
La méthode des chercheurs élimine le besoin de congeler un échantillon ou de le visualiser à travers une chambre. Bien qu'efficace, chacune de ces méthodes couramment utilisées présente des inconvénients.
L'échantillon est mis en suspension dans de la vapeur d'eau, qui est pompé dans la partie du tube entourant l'échantillon et rapidement pompé à nouveau. Crédit : Institut des sciences et technologies d'Okinawa
Idéalement, la glace fait table rase, ou une fenêtre - relativement translucide, il permet aux scientifiques de voir les matériaux suspendus à l'intérieur avec un minimum d'interférences. Salué pour « avoir fait entrer la biochimie dans une nouvelle ère » par l'Académie suédoise, cette méthode a reçu le prix Nobel de chimie 2017. Cependant, la congélation ne permet pas aux scientifiques d'étudier des processus dynamiques, comme l'interaction en direct d'un virus avec une cellule hôte.
Alternativement, les scientifiques peuvent visualiser des échantillons organiques en les suspendant dans un liquide, enfermé dans une chambre avec des fenêtres ultra-minces. Ces fenêtres empêchent le liquide de s'infiltrer dans la chambre à vide et d'endommager le canon à électrons. Encore, minces comme ils sont, même ces barrières minimes dégradent la qualité de l'image. La géométrie de la chambre limite également considérablement les scientifiques dans la mesure où ils peuvent incliner un échantillon pour une vue en trois dimensions.
La méthode conçue par les chercheurs de l'OIST offre une alternative réalisable à ces approches populaires. L'échantillon est mis en suspension dans de la vapeur d'eau, qui est pompé dans la partie du tube entourant l'échantillon et rapidement pompé à nouveau. De minuscules ouvertures au-dessus et au-dessous de l'échantillon permettent au faisceau d'électrons de le traverser directement. Parce que l'échantillon n'est pas entouré de glace ou de verre, il peut être incliné pour une imagerie tridimensionnelle.
Les chercheurs ont utilisé un microscope Titan ETEM à l'OIST pour imager des échantillons. Crédit : Institut des sciences et technologies d'Okinawa
Cassidy a souligné que l'étude est une première étape vers l'imagerie à haute résolution d'échantillons hydratés dans la vapeur d'eau. Il a dit qu'il espérait que les biologistes s'appuieraient sur les résultats. L'étude des chercheurs et des documents supplémentaires, y compris des données brutes, peuvent être trouvés dans le journal PLOS UN .
"Quiconque veut l'essayer ou jouer avec, ils peuvent le faire, " il a dit, indiquant la disponibilité des données. "Si quelqu'un d'autre prend le relais et pousse ça en avant, J'en serais vraiment content."
