La microscopie est un outil essentiel dans de multiples domaines de recherche et industries, comme la biologie, Médicament, la science des matériaux, et contrôle qualité, pour n'en nommer que quelques-uns. Bien que de nombreuses techniques de microscopie existent, chacun a des avantages et des inconvénients, principalement en termes de résolution spatiale, vitesse (images par seconde), et applicabilité. Par exemple, la microscopie électronique à balayage peut capturer des images avec une résolution nanométrique, mais il offre une vitesse inférieure et est peu pratique pour certains échantillons. D'autres techniques de microscopie optique plus simples, comme la microscopie à fluorescence, ne sont pas adaptés à la visualisation de cellules vivantes ou d'autres petites structures car celles-ci sont généralement transparentes et fines, ce qui se traduit par une faible absorption lumineuse.

Les scientifiques ont développé une technique appelée microscopie à ouverture synthétique (SAM), qui utilise une propriété intrinsèque de la lumière, appelé phase. Cette propriété fait référence au délai relatif entre deux ondes électromagnétiques. Lorsque les ondes lumineuses traversent un échantillon cible, leurs phases relatives changent différemment selon les propriétés optiques en chaque point de l'échantillon et l'angle d'incidence de la lumière. Dans SAM, des images à phases multiples peuvent être prises en succession rapide avec différents angles d'incidence. Ces images sont ensuite traitées et combinées pour former une image plus nette.

Bien que SAM soit sans aucun doute une approche prometteuse, les implémentations actuelles manquent à la fois de résolution spatiale et de fréquence d'images pour être utiles pour les applications émergentes. Pour résoudre ces problèmes, une équipe de chercheurs dirigée par Renjie Zhou de l'Université chinoise de Hong Kong a récemment développé une nouvelle méthode SAM. Dans leur étude, Publié dans Photonique avancée , l'équipe présente une configuration innovante pour l'imagerie SAM basée sur des dispositifs numériques à micromiroirs (DMD).

Les DMD sont des composants électroniques largement utilisés dans les projecteurs numériques commerciaux. Ils possèdent une matrice de micromiroirs dont l'orientation peut être contrôlée individuellement et électroniquement à grande vitesse. En utilisant deux DMD et des objectifs appropriés, les chercheurs ont conçu un schéma dans lequel l'angle d'un faisceau laser atteignant l'échantillon peut être modifié des milliers de fois par seconde. Une fois que la lumière a traversé l'échantillon, il est associé à une partie du laser d'origine pour produire un motif lumineux appelé interférogramme, qui porte l'information de phase. Pour créer l'image de phase finale, plusieurs interférogrammes pour différents angles d'incidence sont combinés à l'aide d'algorithmes spécialement conçus.

Les chercheurs ont testé leur nouvelle méthode en utilisant divers types d'échantillons, tels que les réseaux nanométriques, des globules rouges, et les cellules cancéreuses. Les résultats ont été très prometteurs à tous les niveaux, comme le fait remarquer Zhou, « En utilisant notre approche basée sur le DMD, nous pourrions imager avec précision des structures matérielles avec des caractéristiques aussi petites que 132 nm, quantifier les fluctuations millisecondes dans les membranes des globules rouges, et observer les changements dynamiques de la structure cellulaire en réponse à l'exposition à des produits chimiques. » Cette technique est également sans étiquette, ce qui signifie que l'on peut observer des cellules vivantes sans les endommager avec des produits chimiques fluorescents.

Un autre avantage notable de cette nouvelle méthode est l'annulation du speckle laser, un type d'interférence indésirable qui se produit lors de l'éclairage d'un échantillon avec un laser. L'utilisation de plusieurs interférogrammes pour calculer une image aplanit les contributions aléatoires du speckle dans chaque interférogramme, rendant l'image composite finale plus nette. De plus, on peut augmenter la fréquence d'images d'imagerie selon les besoins en utilisant un nombre inférieur d'interférogrammes, tant que la qualité d'image souhaitée est atteinte.

Zhou pense que leur méthode SAM pourrait changer la donne dans divers domaines où la microscopie est essentielle, « Nous prévoyons que notre technique d'imagerie à grande vitesse trouvera des applications dans la recherche en biologie et en matériaux, telles que l'étude des mouvements et des interactions des cellules vivantes et la surveillance en temps réel des processus de fabrication des matériaux à des fins de contrôle qualité. et que les principes sous-jacents de leur approche pourraient être adaptés avec différents algorithmes pour construire un système d'imagerie 3D.