L'équipe polono-israélienne de la Faculté de physique de l'Université de Varsovie et de l'Institut des sciences Weizmann a réalisé une autre réalisation importante en microscopie à fluorescence. Dans les pages du Optique journal, l'équipe a présenté une nouvelle méthode de microscopie qui, en théorie, n'a pas de limite de résolution. En pratique, l'équipe a réussi à démontrer une amélioration quadruple par rapport à la limite de diffraction.

Le développement continu des sciences biologiques et de la médecine nécessite la capacité d'examiner des objets de plus en plus petits. Les scientifiques doivent voir dans la structure de, et les relations mutuelles entre, par exemple, protéines dans les cellules. À la fois, les échantillons observés ne doivent pas différer des structures présentes naturellement dans les organismes biologiques, ce qui exclut l'utilisation de procédures et de réactifs agressifs. Bien qu'il ait révolutionné les sciences naturelles, le microscope optique classique est aujourd'hui nettement insuffisant. En raison de la nature ondulatoire de la lumière, un microscope optique ne permet pas d'imager des structures inférieures à environ 250 nanomètres. Par conséquent, les objets plus proches les uns des autres que la moitié de la longueur d'onde de la lumière (qui est d'environ 250 nm pour la lumière verte) ne peuvent pas être discernés. Ce phénomène, connue sous le nom de limite de diffraction, l'un des principaux obstacles à l'observation des plus petites structures biologiques, les scientifiques ont longtemps tenté de surmonter. Les microscopes électroniques offrent des ordres de grandeur de meilleure résolution mais ne permettent l'examen que d'objets inanimés, qui doit être placé dans le vide et bombardé par un faisceau d'électrons. Pour cette raison, La microscopie électronique ne peut pas être utilisée pour étudier les organismes vivants et les processus naturels qui s'y déroulent. C'est là qu'intervient la microscopie à fluorescence, d'où le développement rapide de la microscopie à fluorescence à super-résolution en tant que domaine des sciences physiques et les deux prix Nobel déjà décernés pour des recherches connexes en 2008 et 2014.

De nos jours plusieurs techniques de microscopie à fluorescence sont disponibles, et certains d'entre eux se sont généralisés en imagerie biologique. Certaines méthodes, comme PALM, Microscopie STORM ou STED, se caractérisent par une ultra-haute résolution et permettent de discerner des objets situés à seulement une dizaine de nanomètres les uns des autres. Cependant, ces techniques nécessitent de longs temps d'exposition et une procédure complexe de préparation d'échantillons biologiques. D'autres techniques, comme la microscopie SIM ou ISM, sont faciles à utiliser, mais offrent une amélioration de la résolution très limitée, permettant d'identifier des structures seulement la moitié de la taille de la limite de diffraction.

Aleksandra Sroda, Adrian Makowski et le Dr Radek Lapkiewicz du Quantum Optics Lab de la Faculté de physique de l'Université de Varsovie, en collaboration avec le Dr Ron Tenne, Uri Rossman, Gur Lubin et le professeur Dan Oron du Weizmann Institute of Science en Israël, ont introduit une nouvelle technique de microscopie super-résolution, appelé microscopie à balayage d'image à fluctuation optique à super-résolution (SOFISM). Dans SOFISME, les fluctuations naturelles de l'intensité d'émission des marqueurs fluorescents sont utilisées pour améliorer encore la résolution spatiale d'un microscope à balayage d'image (ISM). ISM, une méthode émergente de super-résolution, a déjà été mis en œuvre dans des produits commerciaux et s'est avéré utile pour la communauté de la bio-imagerie. En grande partie, puisqu'il atteint une amélioration modeste de la résolution latérale (x2), avec très peu de modifications de la configuration optique et sans le handicap commun des longs temps d'exposition. Ainsi, il permet une extension naturelle des capacités d'un microscope confocal standard. ISM utilise un microscope confocal dans lequel un seul détecteur est remplacé par un réseau de détecteurs. Dans SOFISM, les corrélations des intensités détectées par plusieurs détecteurs sont calculées. En principe, la mesure de la corrélation d'ordre n peut conduire à une amélioration de résolution d'un facteur 2n par rapport à la limite de diffraction. En pratique, la résolution réalisable pour les corrélations d'ordre supérieur est limitée par le rapport signal sur bruit des mesures.

"SOFISM est un compromis entre facilité d'utilisation et résolution. Nous pensons que notre méthode comblera le créneau entre le complexe, techniques difficiles à utiliser offrant une très haute résolution et les méthodes faciles à utiliser à basse résolution. SOFISM n'a pas de limite de résolution théorique, et dans notre article, nous démontrons des résultats qui sont quatre fois meilleurs que la limite de diffraction. Nous montrons également que la méthode SOFISM a un fort potentiel dans l'imagerie de structures biologiques tridimensionnelles, " a déclaré le Dr Radek Lapkiewicz.

Surtout, SOFISME est, dans ses aspects techniques, très accessible, car il ne nécessite que l'introduction d'une petite modification au microscope confocal largement utilisé en remplaçant son tube photomultiplicateur par un détecteur à matrice SPAD. En outre, il est nécessaire d'augmenter légèrement le temps de mesure et de modifier la procédure de traitement des données. "Jusque récemment, Les détecteurs matriciels SPAD étaient chers et leurs spécifications n'étaient pas suffisantes pour la microscopie par corrélation. Cette situation a récemment changé. Les nouveaux détecteurs SPAD introduits l'année dernière ont supprimé à la fois les barrières technologiques et tarifaires. Cela nous fait penser que les techniques de microscopie à fluorescence telles que SOFISM pourraient, dans quelques années, devenir largement utilisé dans le domaine de l'examen microscopique, " a souligné le Dr Lapkiewicz.