"Notre objectif est de développer un système de mesure environnementale capable d'inspecter chaque microplastique en détail", a déclaré le chef de l'équipe de recherche, Satoru Takahashi, de l'Université de Tokyo au Japon.

"Comme les microplastiques présents dans l'environnement varient considérablement en taille et en forme, nous avons commencé par développer une méthode pour contrôler la position et l'orientation des particules, y compris celles qui sont grosses et de forme irrégulière."

Dans la revue Lettres d'Optique , les chercheurs décrivent ce qu'ils appellent des pinces optiques de suivi des contours. Ces pinces utilisent le traitement d'imagerie pour extraire le contour de la particule cible à partir des images de la caméra du microscope, puis façonnent automatiquement le motif de lumière de balayage utilisé pour le piégeage afin qu'il corresponde au contour extrait en temps réel.

"Nos nouvelles pinces optiques pourraient potentiellement être utilisées avec des organismes vivants tels que le plancton et les cellules cultivées en 3D ainsi qu'avec des échantillons environnementaux", a déclaré le premier auteur de l'article, Ryohei Omine.

"Cela permettrait l'observation et l'analyse avec une manipulation précise, ce qui contribuerait à une compréhension plus approfondie de leurs comportements dans divers contextes. Par exemple, l'analyse du comportement des microplastiques pourrait éclairer des mesures plus efficaces pour atténuer la pollution, améliorant ainsi la santé humaine et la conservation de l'environnement. "

Un trappage qui s'adapte

Les pinces optiques conventionnelles ne peuvent généralement piéger que des formes symétriques telles que des sphères et des tiges, car les formes asymétriques ou déformées entraînent un déséquilibre des forces exercées par la lumière sur l'objet. Cela conduit à une rotation ou un déplacement incontrôlable du point focal du laser.

Les nouvelles pinces optiques surmontent cette limitation en balayant le point focal du laser le long du contour extrait de la particule cible, équilibrant ainsi les forces optiques autour des particules de forme irrégulière. De plus, la taille des modèles de lumière de balayage peut être ajustée automatiquement pour s'adapter à la taille de la cible, ce qui permet de l'utiliser sur des particules de plus de 0,1 mm.

"Bien que les faisceaux à propagation inverse aient été démontrés pour piéger les grosses particules, ils n'ont pas la stabilité et la contrôlabilité nécessaires pour les particules de forme irrégulière", a déclaré Takahashi.

"Notre système d'extraction de contours offre une alternative viable et peut également être appliqué aux pinces optiques holographiques, qui utilisent des modulateurs spatiaux de lumière pour façonner le faisceau laser en motifs 3D, permettant ainsi la manipulation simultanée de plusieurs particules avec une haute précision."

Capturer des particules très variées

Les chercheurs ont fabriqué les pincettes optiques de suivi des contours en intégrant une unité de traitement d'image en temps réel avec un système de pincettes optiques manipulées en 2D basé sur des miroirs galvanométriques. Ils ont ensuite utilisé cette configuration pour piéger des particules de polystyrène de forme irrégulière, de 0,05 à 0,12 mm, créées en polissant une cuillère en polystyrène avec une lime.

Les résultats ont montré que les nouvelles pinces optiques pouvaient assurer un piégeage stable de grosses particules de forme irrégulière difficiles à piéger à l’aide de pinces optiques conventionnelles. Ceci a été réalisé sans connaissance préalable de la morphologie des particules et sans avoir besoin d'un éclairage laser double face, démontrant ainsi la polyvalence et l'évolutivité de cette approche.

Bien que les chercheurs aient montré qu'un piégeage stable est possible, ils s'efforcent désormais de contrôler avec précision la position et l'orientation des particules afin de permettre des observations détaillées d'échantillons avec une manipulation active. Ils prévoient d'y parvenir en améliorant le processus de génération de motifs lumineux en incorporant une modulation de la forme du contour en fonction du mouvement des particules.