Des chercheurs de l'ARCNL et de la Vrije Universiteit Amsterdam ont développé une configuration compacte pour des microscopie super-résolution à travers une fibre ultrafine. En utilisant le traitement intelligent du signal, ils dépassent les limites théoriques de résolution et de vitesse. La méthode ne nécessitant aucun marquage fluorescent particulier, il est prometteur à la fois pour les applications médicales et la caractérisation de structures 3D en nanolithographie. Le 7 mai, les résultats ont été publiés dans Lumière :science et applications , une revue scientifique dans le La nature famille.

"L'imagerie à l'échelle nanométrique est limitée par la longueur d'onde de la lumière qui est utilisée. Il existe des moyens de surmonter cette limite de diffraction, mais ils nécessitent généralement de grands microscopes et des procédures de traitement difficiles, ", explique Lyuba Amitonova. "Ces systèmes ne conviennent pas à l'imagerie dans des couches profondes de tissu biologique ou dans d'autres endroits difficiles d'accès."

Amitonova a récemment lancé un groupe de recherche sur l'imagerie et la métrologie à l'échelle nanométrique à l'ARCNL. Elle est également connectée à temps partiel à VU Amsterdam où elle travaille sur les fibres ultrafines pour l'endomicroscopie dans le groupe de Johannes de Boer. Amitonova et de Boer ont développé un moyen de surmonter la limite de diffraction dans les petits systèmes pour permettre l'imagerie des tissus profonds avec une super-résolution.

Compression de données inverse

La clé de l'approche d'Amitonova est le fait que toutes les informations d'un échantillon de données ne sont pas nécessaires pour créer une image significative. "Pensez à la photographie numérique, qui utilise le format de compression JPEG pour limiter la quantité de données dans une image. La compression supprime jusqu'à quatre-vingt-dix pour cent de l'image, mais on voit à peine la différence, " dit-elle. " Cela fonctionne, parce que toutes les images conventionnelles d'objets réels sont « clairsemées, ' ce qui signifie que la plupart des points d'image ne contiennent aucune information. Dans nos mesures, nous utilisons cette rareté d'informations de manière inverse, en acquérant seulement dix pour cent des données disponibles et en reconstruisant l'intégralité de l'image via une méthode de calcul mathématique."

Faisceau moucheté
En microscopie conventionnelle, les échantillons sont souvent éclairés point par point pour créer une image de l'ensemble de l'échantillon. Cela prend beaucoup de temps, car les images haute résolution nécessitent de nombreux points de données. L'approche développée par Amitonova et de Boer utilise une fibre qui produit un faisceau laser moucheté, ce qui permet d'éclairer plusieurs zones de l'échantillon simultanément de manière aléatoire. La lumière multiforme réfléchie par l'échantillon est ensuite collectée en un seul point de données, à partir de laquelle les informations pertinentes sont extraites par calcul. "Avec éclairage point par point, prendre 256 points de données donnerait une image de 256 pixels. Avec notre méthode, le même nombre de mesures crée une image d'une vingtaine de fois plus de pixels, " dit Amitonova. " Ainsi, l'imagerie compressive est beaucoup plus rapide, mais nous démontrons également qu'il est capable de résoudre des détails qui sont plus de deux fois plus petits que ceux qui peuvent être résolus par l'imagerie conventionnelle à diffraction limitée."

Détection sans étiquette

La méthode a été développée en pensant à la bio-imagerie mini-invasive. Mais il est aussi très prometteur pour des applications de détection en nanolithographie, car il ne nécessite pas de marquage fluorescent, ce qui est nécessaire dans d'autres méthodes d'imagerie à super-résolution. Amitonova développera davantage le concept à l'ARCNL :« La compacité des fibres les rend très pratiques pour développer des outils de métrologie en nanolithographie. Les sondes à base de fibres offrent une combinaison unique de haute résolution avec un grand champ de vision et pourraient être facilement utilisées dans endroits difficiles d'accès. Nous espérons que le développement de nos méthodes se traduira par une résolution et une vitesse encore plus élevées. Les outils de métrologie et les diagnostics médicaux sont les domaines les plus susceptibles de bénéficier de nos découvertes.