La technique du microscope optique comprend généralement l’imagerie en champ clair, en champ sombre et par fluorescence, qui reposent généralement sur des composants optiques encombrants. En particulier pour la microscopie à fluorescence et à fond sombre, le blocage de la lumière parasite indésirable pour garantir un rapport signal/bruit élevé revêt une importance significative dans les performances d'imagerie.

L'utilisation de l'éclairage par ondes guidées permet de combiner deux techniques d'imagerie, mais les systèmes restent volumineux et compliqués. Une voie prometteuse vers un microscope compact consiste à utiliser des lentilles métalliques, constituées de nanostructures sub-longueur d'onde dotées de puissantes capacités pour moduler l'amplitude et la phase de la lumière.

Bien que des lentilles métalliques innovantes aient été démontrées pour la microscopie à fluorescence, les avantages de l'architecture ultra fine et plate n'ont pas encore été révélés pour la miniaturisation.

Le groupe du professeur Tao Li et Shining Zhu de l'Université de Nanjing a présenté un microscope multimode miniaturisé pour l'imagerie en champ clair, en champ sombre et par fluorescence en introduisant des illuminations par ondes guidées. En changeant facilement la source de lumière, trois modes d'imagerie peuvent fonctionner ensemble ou séparément dans un microscope très compact (plusieurs centimètres).

Notamment, le module d'éclairage à ondes guidées proposé fournit non seulement un mode d'imagerie à faible bruit, mais réduit également davantage la taille du système, ce qui favorise considérablement le microscope compact.

En conséquence, un réseau de métalens est conçu et fabriqué avec un grossissement de 3,5 × en imagerie (fonctionnant à λ =470 nm), ce qui correspond à la longueur d'onde d'émission de l'imagerie par fluorescence. La résolution d'imagerie est d'environ 714 nm, garantissant une imagerie subcellulaire. De plus, des expériences ont démontré les applications potentielles des techniques d'imagerie microfluidique pour miniaturiser davantage les systèmes d'imagerie microfluidique.

En conclusion, les chercheurs proposent et démontrent un méta-microscope multimode miniaturisé basé sur un éclairage par ondes guidées. Trois modes d'imagerie sont réalisés dans un prototype à l'échelle centimétrique, notamment les modes fond clair, fond sombre et fluorescence.

L’éclairage à ondes guidées proposé permet d’économiser davantage d’espace pour répondre à cette compacité, qui combine de manière significative l’imagerie en fond noir et l’imagerie par fluorescence. Un réseau de métalens est particulièrement conçu et fonctionne en mode zoom (3,5×) incorporé avec un capteur d'image CMOS, conçu par rapport à la longueur d'onde de 470 nm correspondant à la longueur d'onde d'émission.

La résolution demi-pas est d’environ 714 nm, garantissant une résolution d’imagerie subcellulaire. Il s'agit notamment de la première mise en œuvre d'un méta-dispositif d'imagerie multimode dans un système ultracompact, qui devrait permettre la visualisation en temps réel de la culture cellulaire et avoir un grand impact dans le domaine biomédical à l'avenir.

L'article est publié dans la revue Advanced Devices &Instrumentation. .