Une équipe de l'Université de Tokyo a construit un microscope infrarouge moyen amélioré, lui permettant de voir les structures à l'intérieur des bactéries vivantes à l'échelle nanométrique. La microscopie infrarouge moyen est généralement limitée par sa faible résolution, notamment par rapport à d'autres techniques de microscopie. Leurs travaux ont été publiés dans Nature Photonics .

Ce dernier développement a produit des images à 120 nanomètres, ce qui, selon les chercheurs, représente une résolution 30 fois supérieure à la résolution des microscopes infrarouges moyens typiques. Être capable de visualiser des échantillons plus clairement à cette échelle plus petite peut aider de nombreux domaines de recherche, y compris dans le domaine des maladies infectieuses, et ouvre la voie au développement d'une imagerie dans l'infrarouge moyen encore plus précise à l'avenir.

Le domaine microscopique est l’endroit où résident les virus, les protéines et les molécules. Grâce aux microscopes modernes, nous pouvons nous aventurer en bas pour voir le fonctionnement interne de nos propres cellules.

Mais même ces outils impressionnants ont leurs limites. Par exemple, les microscopes fluorescents à super résolution nécessitent que les échantillons soient marqués par fluorescence. Cela peut parfois être toxique pour les échantillons et une exposition prolongée à la lumière tandis que la visualisation peut blanchir les échantillons, ce qui signifie qu'ils ne sont plus utiles. Les microscopes électroniques peuvent également fournir des détails très impressionnants, mais les échantillons doivent être placés sous vide, de sorte que les échantillons vivants ne peuvent pas être étudiés.

En comparaison, la microscopie infrarouge moyen peut fournir des informations chimiques et structurelles sur les cellules vivantes, sans avoir besoin de les colorer ou de les endommager. Cependant, son utilisation a été limitée dans la recherche biologique en raison de sa capacité de résolution relativement faible. Alors que la microscopie fluorescente à super-résolution peut affiner les images à des dizaines de nanomètres (1 nanomètre équivaut à un millionième de millimètre), la microscopie infrarouge moyen ne peut généralement atteindre qu'environ 3 microns (1 micron équivaut à un millième de millimètre).

Cependant, grâce à une nouvelle avancée, des chercheurs de l'Université de Tokyo ont atteint une résolution de microscopie infrarouge moyen plus élevée que jamais.

"Nous avons atteint une résolution spatiale de 120 nanomètres, soit 0,12 microns. Cette résolution étonnante est environ 30 fois meilleure que celle de la microscopie infrarouge moyenne conventionnelle", a expliqué le professeur Takuro Ideguchi de l'Institut de science et technologie des photons de l'Université de Tokyo.

L'équipe a utilisé une « ouverture synthétique », une technique combinant plusieurs images prises sous différents angles d'éclairage pour créer une image globale plus claire. Généralement, un échantillon est pris en sandwich entre deux lentilles. Cependant, les lentilles absorbent par inadvertance une partie de la lumière infrarouge moyenne.

Ils ont résolu ce problème en plaçant un échantillon de bactéries (E. coli et Rhodococcus jostii RHA1 ont été utilisés) sur une plaque de silicium qui réfléchissait la lumière visible et transmettait la lumière infrarouge. Cela a permis aux chercheurs d'utiliser une seule lentille, leur permettant de mieux éclairer l'échantillon avec la lumière infrarouge moyen et d'obtenir une image plus détaillée.

"Nous avons été surpris de voir avec quelle précision nous pouvions observer les structures intracellulaires des bactéries. La haute résolution spatiale de notre microscope pourrait nous permettre d'étudier, par exemple, la résistance aux antimicrobiens, qui est un problème mondial", a déclaré Ideguchi.

"Nous pensons que nous pouvons continuer à améliorer la technique dans diverses directions. Si nous utilisons une meilleure lentille et une longueur d'onde de lumière visible plus courte, la résolution spatiale pourrait même être inférieure à 100 nanomètres. Avec une clarté supérieure, nous aimerions étudier divers échantillons de cellules. pour aborder les problèmes biomédicaux fondamentaux et appliqués."

Plus d'informations : Nanoscopie à champ large dans l'infrarouge moyen, Nature Photonics (2024). DOI :10.1038/s41566-024-01423-0

Informations sur le journal : Photonique naturelle

Fourni par l'Université de Tokyo