La capacité d'observer le fonctionnement de la vie à l'échelle nanométrique est un grand défi de notre époque.

Les microscopes optiques standard peuvent imager les cellules et les bactéries, mais pas leurs caractéristiques à l'échelle nanométrique qui sont brouillées par un effet physique appelé diffraction.

Les microscopes optiques ont évolué au cours des deux dernières décennies pour surmonter cette limite de diffraction; cependant, ces techniques dites de super-résolution nécessitent généralement une instrumentation ou des procédures d'imagerie coûteuses et élaborées.

Maintenant, Des chercheurs australiens du Centre d'excellence de l'ARC pour la biophotonique à l'échelle nanométrique (CNBP) rapportent dans Communication Nature un moyen simple de contourner les limitations de diffraction à l'aide d'outils d'imagerie optique standard.

Auteurs principaux Dr Denitza Denkova, et le Dr Martin Ploschner du nœud CNBP de l'Université Macquarie disent :« Travailler en étroite collaboration avec des biologistes nous a inspirés à rechercher une solution capable de transformer la super-résolution d'une méthode d'imagerie complexe et coûteuse en une technique de bio-imagerie quotidienne. »

Le Dr Ploschner explique le fonctionnement de la technique :« Nous avons identifié un type particulier de marqueurs fluorescents, nanoparticules dites upconversion, qui peut entrer dans un régime dans lequel la lumière émise par les particules croît brusquement - de façon super-linéaire - lorsque l'intensité lumineuse d'excitation augmente. Notre principale découverte est que si cet effet est exploité dans les bonnes conditions d'imagerie, n'importe quel microscope optique à balayage standard peut spontanément imager avec une super-résolution."

« Bien que nous ayons choisi de démontrer cette émission d'excitation super-linéaire à conversion ascendante (uSEE) sur l'un des types de microscopes optiques les plus couramment utilisés, un microscope confocal, pratiquement tout type de microscope à balayage ou de microscope impliquant des variations de l'intensité d'éclairage peut en bénéficier. de cette amélioration spontanée de la résolution."

Le Dr Denitza Denkova explique que l'approche uSEE améliore la résolution au-delà de la limite de diffraction en réduisant simplement l'intensité de l'éclairage.

« Notre approche fonctionne dans le sens inverse de toutes les autres méthodes de super-résolution existantes ; plus la puissance laser est faible, meilleure est la résolution et plus faible est le risque de photo-endommagement des bio-échantillons, " elle dit.

"Le meilleur de tous, la super-résolution peut être obtenue sans modifications de configuration ni traitement d'image. Ainsi, cette méthode a le potentiel d'entrer dans n'importe quel laboratoire biologique, pratiquement sans frais supplémentaires."

"La valeur de notre travail réside dans la réalisation de la technique, pour la première fois, dans un cadre biologique 3D, utilisant des particules biologiquement convenables. Nous proposons une modification de la composition des nanoparticules et des conditions d'imagerie, ce qui déclenche la super-résolution spontanée sous une configuration de microscopie pratiquement pertinente. Nous développons également un cadre théorique qui permet aux utilisateurs finaux d'ajuster la composition des particules et les conditions d'imagerie et d'obtenir une super-résolution dans leur propre laboratoire."

"Notre travail permet aux microscopistes de regarder d'une nouvelle manière avec leurs outils existants."

Chef de nœud CNBP à l'Université Macquarie, Professeur James Piper AM, qui est également auteur sur le papier, dit que le concept existe depuis un certain temps, mais sa réalisation pratique était insaisissable en raison de la nécessité de combiner les domaines de recherche distincts de la biologie, science matérielle, génie optique et physique.

"Le CNBP a offert une plate-forme de rencontre idéale pour les scientifiques aux expertises diverses pour unir leurs forces et faire passer l'idée de la planche à dessin à un outil d'imagerie pratique, " dit le professeur Piper.