Lorsque vous regardez au microscope, tout ce qui se trouve sur scène est magnifié à un degré que l'œil nu peut à peine imaginer. Alors que les techniques de microscopie traditionnelles permettent de voir des détails infimes, l'équipement standard ne nous donne pas une image complète.

La plupart des microscopes optiques ont un champ de vision limité, seulement un à deux millimètres. Il s'agit d'un inconvénient majeur pour les scientifiques de la vie et les pathologistes qui s'appuient sur la microscopie pour analyser et diagnostiquer la maladie, puisque les échantillons de tissus préparés ont une dimension de l'ordre du centimètre.

Pour répondre à ce besoin clinique non satisfait, une nouvelle plate-forme de microscopie développée à l'UConn supprime un élément central des microscopes traditionnels :les lentilles objectives. En passant sans lentille, les chercheurs peuvent en fait fournir aux cliniciens une image plus complète, conduisant à des diagnostics plus précis.

Guoan Zheng, professeur de génie biomédical à l'Université du Connecticut, a récemment publié ses conclusions sur une démonstration réussie d'une plate-forme de microscopie sur puce sans lentille dans Lab on a Chip. Cette plate-forme élimine plusieurs des problèmes les plus courants avec la microscopie optique conventionnelle et fournit une option peu coûteuse pour le diagnostic de la maladie.

Plutôt que d'utiliser des lentilles pour agrandir l'échantillon de tissu, La plate-forme de Zheng repose sur un diffuseur qui se place entre l'échantillon et le capteur d'image ou la caméra. Le diffuseur se déplace aléatoirement vers différentes positions pendant que le capteur acquiert les images, rassembler les informations d'objet codées qui seront ensuite utilisées pour récupérer une image pour la visualisation par des cliniciens ou des chercheurs.

Au cœur du processus de récupération d'objet se trouve une technique d'imagerie appelée ptychographie. L'imagerie ptychographique utilise généralement un faisceau focalisé pour éclairer un échantillon et enregistrer le motif créé par la lumière diffractée. Pour récupérer une image complexe entière, comme un échantillon de tissu, pour la visualisation, La ptychographie nécessite l'enregistrement de milliers de motifs lors de la numérisation de l'échantillon dans différentes positions.

"Bien que la ptychographie suscite un intérêt croissant pour les scientifiques du monde entier, la mise en œuvre à grande échelle du procédé a été entravée par sa faible vitesse et l'exigence d'un balayage mécanique précis, " dit Shaowei Jiang, un étudiant diplômé de l'UConn et l'auteur principal de l'étude.

La nouvelle technologie ptychographique de Zheng résout ces problèmes en rapprochant l'échantillon du capteur d'image. Cette nouvelle configuration permet à l'équipe d'avoir toute la zone du capteur d'image comme champ de vision d'imagerie. En outre, il ne nécessite plus le balayage mécanique précis nécessaire à la ptychographie traditionnelle. C'est parce que la nouvelle configuration a le nombre de Fresnel le plus élevé jamais testé pour la ptychographie, environ 50, 000. Le nombre de Fresnel caractérise comment une onde lumineuse se déplace sur une distance après avoir traversé une ouverture, comme un trou d'épingle. Le nombre de Fresnel ultra-élevé utilisé dans les expériences de Zheng indique qu'il y a très peu de diffraction de la lumière du plan objet au plan capteur. Les faibles niveaux de diffraction signifient que le mouvement du diffuseur peut être directement suivi à partir des images brutes capturées, éliminant le besoin d'une étape de mouvement précise, ce qui est essentiel pour la ptychographie conventionnelle.

« Cette approche permet de réduire le temps de traitement, Coût, et permet de produire une image plus complète de l'échantillon, " dit Zheng.

Avec la microscopie à lentille conventionnelle, les scientifiques ne peuvent visualiser qu'une petite partie d'une diapositive lors de chaque visualisation. La plate-forme de Zheng offre une amélioration majeure en élargissant efficacement le champ de vision du microscope. Le prototype actuel de Zheng offre un champ de vision de 30 mm2, par rapport à la norme ~2 mm2. En utilisant un capteur d'image plein format dans un appareil photo ordinaire, La technologie de Zheng permet aux médecins d'analyser deux lames entières à la fois.

"Imaginez être capable de lire un livre entier à la fois au lieu d'une page à la fois. C'est essentiellement ce que nous espérons que notre technologie permettra aux cliniciens de faire, " dit Zheng.

Ajoutant à sa liste déjà longue d'améliorations, La plate-forme de Zheng élimine le besoin de coloration cellulaire. Normalement, les scientifiques colorent des parties de cellules, comme le noyau, pour identifier combien il y en a. Zheng a testé la capacité de cette plate-forme à effectuer une segmentation cellulaire automatique à l'aide des cartes de phase sans marqueur récupérées.

En raison de sa configuration compacte et de ses performances robustes, Zheng et son équipe envisagent que leur plate-forme serait un bon ajustement pour une utilisation dans une gamme de points de service, santé mondiale, et les applications de télémédecine. Leur technologie peut également être utile pour la microscopie à rayons X et électronique.

"En utilisant notre sans lentille, système d'imagerie clé en main, nous pouvons contourner les limitations physiques de l'optique et acquérir des informations quantitatives à haute résolution pour la microscopie sur puce. Nous sommes ravis de continuer à affiner cette technologie pour des applications commerciales et cliniques afin d'avoir un impact tangible pour les patients et les chercheurs, " dit Zheng.

Les Laboratoire sur puce le papier est intitulé, "Grand champ, microscopie sur puce sans lentille haute résolution via une modulation ptychographique aveugle en champ proche."