Des scientifiques de l'Université de Würzburg ont été en mesure d'améliorer la microscopie à super-résolution actuelle grâce à un nouveau réglage. Ils ont recouvert la lamelle de verre faisant partie du porte-échantillon de nanofeuilles biocompatibles sur mesure qui créent un effet miroir. Cette méthode montre que la localisation d'émetteurs uniques devant un revêtement métal-diélectrique conduit à une plus grande précision, luminosité et contraste en microscopie de localisation de molécule unique (SMLM). L'étude a été publiée dans le La nature journal Lumière :science et applications .

La netteté d'un microscope optique est limitée par les conditions physiques :des structures plus proches les unes des autres que le flou de 0,2 millième de millimètre, et ne peuvent plus être distingués les uns des autres. La cause de ce flou est la diffraction. Chaque objet en forme de point n'est donc pas représenté comme un point, mais comme un point flou.

Avec des méthodes mathématiques, la résolution peut encore être considérablement améliorée. Une méthode calculerait son centre exact à partir de la répartition de la luminosité de la tache floue. Cependant, cela ne fonctionne que si deux points étroitement adjacents de l'objet ne sont pas initialement visibles simultanément mais par la suite visibles, et sont fusionnés plus tard dans le traitement de l'image. Ce découplage temporel évite la superposition de la tache floue. Pendant des années, des chercheurs en sciences de la vie ont utilisé cette méthode délicate pour la microscopie optique à très haute résolution des cellules.

Une de ces méthodes a été développée par le groupe de recherche du Prof. Dr. Markus Sauer à l'Université de Würzburg :la microscopie de reconstruction optique stochastique directe (dSTORM). Cette puissante technique SMLM peut fournir une résolution latérale d'environ 20 nm. Dans ce but, certaines structures, par exemple, pores d'un noyau cellulaire, sont colorées avec des colorants fluorescents. Chacune des molécules de colorant clignote à intervalles irréguliers et représente une partie du pore. L'image des pores nucléaires n'est donc pas visible initialement, mais survient après le traitement de l'image par la superposition de plusieurs milliers d'images. Avec la technique dSTORM, la résolution d'un microscope optique classique peut être multipliée par 10. « Elle permet de visualiser l'architecture d'une cellule jusqu'à son niveau moléculaire, par exemple, " explique Hannah Heil. La chercheuse fait son doctorat au Centre Rudolf Virchow de l'Université de Würzburg dans le groupe du Pr Katrin Heinze.

Cependant, les statistiques photoniques définissent une limite de résolution virtuelle en résolution. Pour résoudre ce problème, Katrin Heinze a eu l'idée d'utiliser des nanorevêtements biocompatibles relativement simples pour amplifier le signal. Dans un effort conjoint avec Markus Sauer et ses collègues de la faculté de physique, Hannah Heil a conçu et fabriqué des nanorevêtements métal-diélectriques qui se comportent comme un miroir accordable. Il double presque la résolution.

Miroir, miroir sur le mur :quelle image est la plus nette de toutes ?

Lors de l'observation, ils ont placé les cellules sur une lamelle déposée en phase vapeur avec un mince nano-revêtement réfléchissant composé d'argent et de nitrite de silicium transparent. Le revêtement est biocompatible, donc il n'endommage pas la cellule. Avec cette méthode, les deux groupes ont obtenu deux effets :le miroir réfléchissait la lumière émise vers le microscope, ce qui a augmenté la luminosité du signal de fluorescence et donc également la netteté effective de l'image.

Seconde, les ondes lumineuses émises et réfléchies se superposent. Cela crée une soi-disant interférence. Selon la distance au miroir, la lumière est amplifiée ou atténuée. "De cette façon, nous voyons principalement des structures dans un certain plan image, " dit Heil. " Tout ce qui est au-dessus ou au-dessous et qui pourrait éventuellement perturber l'image est, d'autre part, caché." Pour s'assurer que les parties exactes de l'image deviennent visibles, l'épaisseur de la couche transparente appliquée sur le miroir doit être choisie de manière appropriée. Entre autres, Heinze et Heil utilisent des simulations informatiques pour adapter le revêtement en fonction de l'objet.

Globalement, la méthode est étonnamment facile à utiliser, dit Hannah Heil. "C'est ce que j'aime vraiment dans notre approche." Le professeur Heinze ajoute, "À l'exception de la lamelle recouverte de métal-diélectrique bon marché, aucun matériel ou logiciel de microscope supplémentaire n'est nécessaire pour améliorer la précision de la localisation, et c'est donc un fantastique complément en microscopie avancée."