Les chercheurs ont développé une nouvelle approche de mesure et d'imagerie qui peut résoudre des nanostructures plus petites que la limite de diffraction de la lumière sans nécessiter de colorants ou de marqueurs. Ce travail représente une avancée importante vers une nouvelle et puissante méthode de microscopie qui pourrait un jour être utilisée pour voir les caractéristiques fines d'échantillons complexes au-delà de ce qui est possible avec les microscopes et techniques conventionnels.

La nouvelle méthode, décrite dans Optica journal, est une modification de la microscopie à balayage laser, qui utilise un faisceau laser fortement focalisé pour éclairer un échantillon. Les chercheurs ont développé la technique en mesurant non seulement la luminosité ou l'intensité de la lumière après son interaction avec un spécimen à l'étude, mais également en détectant d'autres paramètres codés dans le champ lumineux.

"Notre approche pourrait aider à étendre la boîte à outils de microscopie utilisée pour étudier les nanostructures dans une variété d'échantillons", a déclaré le chef de l'équipe de recherche Peter Banzer de l'Université de Graz en Autriche. "Par rapport aux techniques de super-résolution basées sur une approche de numérisation similaire, notre méthode est entièrement non invasive, ce qui signifie qu'elle ne nécessite aucune injection de molécules fluorescentes dans un échantillon avant l'imagerie."

Les chercheurs montrent qu'ils peuvent mesurer la position et la taille des nanoparticules d'or avec une précision de plusieurs nanomètres, même lorsque plusieurs particules se touchent.

"Notre nouvelle approche de la microscopie à balayage laser pourrait combler l'écart entre les microscopes conventionnels à résolution limitée et les techniques de super-résolution qui nécessitent une modification de l'échantillon à l'étude", a déclaré Banzer.

Capter plus de lumière

En microscopie à balayage laser, un faisceau lumineux est balayé à travers l'échantillon et la lumière transmise, réfléchie ou diffusée provenant de l'échantillon est mesurée. Bien que la plupart des méthodes de microscopie mesurent l'intensité ou la luminosité de la lumière provenant de l'échantillon, de nombreuses informations sont également stockées dans d'autres caractéristiques de la lumière telles que sa phase, sa polarisation et l'angle de diffusion. Pour capturer ces informations supplémentaires, les chercheurs ont examiné la résolution spatiale des informations d'intensité et de polarisation.

"La phase et la polarisation de la lumière, ainsi que son intensité, varient dans l'espace d'une manière qui intègre des détails fins sur l'échantillon avec lequel elle interagit, un peu comme l'ombre d'un objet nous dit quelque chose sur la forme de l'objet lui-même", a déclaré Banzer. "Cependant, une grande partie de ces informations est ignorée si seule la puissance lumineuse globale est mesurée après l'interaction."

Ils ont démontré la nouvelle approche en l'utilisant pour étudier des échantillons simples contenant des nanoparticules métalliques de différentes tailles. Ils l'ont fait en balayant la zone d'intérêt, puis en enregistrant la polarisation et les images à résolution angulaire de la lumière transmise. Les données mesurées ont été évaluées à l'aide d'un algorithme qui crée un modèle des particules qui s'adapte automatiquement pour ressembler le plus précisément possible aux données mesurées.

"Bien que les particules et leurs distances soient beaucoup plus petites que la limite de résolution de nombreux microscopes, notre méthode a pu les résoudre", a déclaré Banzer. "En outre, et plus important encore, l'algorithme a pu fournir d'autres paramètres sur l'échantillon, tels que la taille et la position précises des particules."

Les chercheurs travaillent maintenant à adapter la méthode afin qu'elle puisse être utilisée avec des échantillons plus complexes. La fonctionnalité de l'approche peut également être étendue en adaptant la structure de la lumière qui interagit avec l'échantillon et en incorporant des approches basées sur l'intelligence artificielle dans les étapes de traitement d'image. Côté détection, les auteurs, en collaboration avec d'autres experts, développent actuellement une caméra spéciale dans le cadre d'un projet européen appelé SuperPixels. Ce dispositif de détection de nouvelle génération sera capable de résoudre les informations de polarisation et de phase en plus de l'intensité.

"Notre étude est une autre démonstration du rôle central que la structure de la lumière peut jouer dans le domaine de l'optique et des technologies basées sur la lumière", a déclaré Banzer. "De nombreuses applications et phénomènes intrigants ont déjà été démontrés, mais il y a plus à venir." + Explorer plus loin

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