Pendant un demi-millénaire, les gens ont essayé d'améliorer la vision humaine par des moyens techniques. Alors que l'œil humain est capable de reconnaître des caractéristiques sur une large gamme de tailles, il atteint ses limites lorsqu'il regarde des objets sur des distances géantes ou dans le micro et le nanomonde. Les chercheurs du projet ChipScope, financé par l'UE, développent actuellement une toute nouvelle stratégie en matière de microscopie optique.

Le microscope optique conventionnel, équipement encore standard dans les laboratoires, sous-tend les lois fondamentales de l'optique. Ainsi, la résolution est limitée par la diffraction à la "limite d'Abbe" - les caractéristiques structurelles inférieures à un minimum de 200 nm ne peuvent pas être résolues par ce type de microscope.

Jusque là, toutes les technologies pour dépasser la limite d'Abbe reposent sur des configurations complexes, avec des composants encombrants et une infrastructure de laboratoire avancée. Même un microscope optique conventionnel, dans la plupart des configurations, ne convient pas comme gadget mobile pour effectuer des recherches sur le terrain ou dans des régions éloignées. Dans le projet ChipScope financé par l'UE, une toute nouvelle stratégie vers la microscopie optique est explorée. En microscopie optique classique, la zone de l'échantillon analysé est éclairée simultanément, collecter la lumière qui est diffusée à partir de chaque point avec un détecteur sélectif de zone, par exemple. l'œil humain ou le capteur d'une caméra.

Dans l'idée ChipScope à la place, une source de lumière structurée avec de minuscules, des éléments adressables individuellement sont utilisés. Comme le montre la figure, l'échantillon est situé au-dessus de cette source lumineuse, à proximité immédiate. Chaque fois que des émetteurs simples sont activés, la propagation de la lumière dépend de la structure spatiale de l'échantillon, très similaire à ce que l'on appelle l'imagerie des ombres dans le monde macroscopique. Pour obtenir une image, la quantité globale de lumière qui est transmise à travers la région d'échantillon est détectée par un détecteur, activant un élément lumineux à la fois et balayant ainsi l'espace échantillon. Si les éléments légers ont des tailles dans le régime nanométrique et que l'échantillon est en contact étroit avec eux, le champ proche optique est pertinent et l'imagerie à super résolution peut devenir possible avec une configuration à base de puces.

Pour réaliser cette idée alternative, un tas de technologies innovantes est nécessaire. La source de lumière structurée est réalisée par de minuscules diodes électroluminescentes (LED), qui sont développés à l'Université de Technologie de Braunschweig, Allemagne. En raison de leurs caractéristiques supérieures par rapport aux autres systèmes d'éclairage, par exemple. l'ampoule classique ou les émetteurs à base d'halogène, Les LED ont conquis le marché des applications d'éclairage général au cours des dernières décennies. Cependant, au point présent, aucune matrice de LED structurée avec des pixels adressables individuellement jusqu'au régime inférieur au µm n'est disponible dans le commerce.

Cette tâche incombe à la TU Braunschweig dans le cadre du projet ChipScope. Les premières matrices de LED avec des tailles de pixel jusqu'à 1 µm ont déjà été démontrées par les chercheurs, comme représenté sur la figure. Ils sont à base de nitrure de gallium (GaN), un matériau semi-conducteur qui est couramment utilisé pour les LED bleues et blanches. La structuration contrôlée de telles LED jusqu'au régime inférieur au µm est extrêmement difficile. Elle est réalisée par photo- et lithographie par faisceau d'électrons, où les structures dans le semi-conducteur sont définies avec une grande précision par des masques optiques ou des faisceaux d'électrons focalisés.

En tant que composant supplémentaire, des détecteurs de lumière très sensibles sont nécessaires pour le prototype de microscope. Ici, Le groupe du professeur A. Dieguez à l'Université de Barcelone développe des détecteurs d'avalanche à photon unique (SPAD) qui peuvent détecter des intensités lumineuses très faibles jusqu'à des photons uniques. Les premiers tests avec ces détecteurs intégrés dans un prototype du microscope ChipScope ont déjà été menés et ont montré des résultats prometteurs.

De plus, un moyen d'amener les spécimens à proximité immédiate de la source de lumière structurée est vital pour le bon fonctionnement du microscope. Une technologie établie pour réaliser cela utilise des canaux microfluidiques, où un fin système de canaux est structuré en une matrice polymère. À l'aide de pompes de haute précision, un micro-volume liquide est conduit à travers ce système et transporte l'échantillon jusqu'à la position cible.