Une onde de choc microscopique a été photographiée traversant une seule cellule biologique, grâce à une nouvelle technique photographique. La photographie nanoseconde utilise des appareils photo électroniques ultrarapides pour prendre des images à la vitesse d'un milliardième de seconde. Cependant, la qualité de l'image et le temps d'exposition sont généralement limités.
Aujourd’hui, une équipe dirigée par des chercheurs de l’Université de Tokyo a obtenu des images ultrafines prises sur plusieurs échelles de temps à grande vitesse à l’aide d’un système qu’ils ont nommé circuit spectral. Le circuit Spectrum comble le fossé entre l'imagerie optique et les appareils photo électroniques conventionnels, permettant de photographier à des vitesses ultrarapides avec moins de flou et plus de précision. Cette technologie a des applications potentielles pour la science, la médecine et l'industrie.
Le timing peut être primordial en photographie et capturer des images à grande vitesse pose un défi particulier. Mais grâce aux progrès de la technologie des caméras, nous pouvons aujourd’hui voir le monde comme jamais auparavant. Qu'il s'agisse de la sueur sur le front d'un coureur cycliste, de la concentration dans les yeux d'un faucon en descente ou, avec cette dernière amélioration de la photographie nanoseconde, du mouvement d'une onde de choc traversant une cellule microscopique unique à grande vitesse.
L'article est publié dans la revue Science Advances .
"Pour la première fois dans l'histoire, à notre connaissance, nous avons observé directement l'interaction entre une cellule biologique et une onde de choc, et démontré expérimentalement que la vitesse de propagation de l'onde de choc à l'intérieur de la cellule est plus rapide qu'à l'extérieur de la cellule. cellule", a expliqué Takao Saiki, doctorant du Département d'ingénierie de précision de l'Université de Tokyo.
"De plus, notre approche nous a permis de démontrer la photographie à grande vitesse sur une large plage de temps, qui comprend la picoseconde (un milliardième de seconde), la nanoseconde (un milliardième de seconde) et la milliseconde (un millième de seconde). ) délais."
Capturer des images claires de cellules sans affecter leur structure ni causer de dommages est très difficile. Pour prendre les images en toute sécurité, les chercheurs ont développé un circuit optique de précision, un circuit qui utilise la lumière au lieu de l'électricité, qu'ils ont appelé circuit spectral. Avec un circuit spectral, ils ont créé des impulsions laser non dommageables, qu'ils ont programmées pour émettre à différents moments. En combinant cette technologie avec une technique d'imagerie optique à prise unique existante appelée photographie cartographique tout optique à synchronisation séquentielle, ou STAMP, ils ont pu prendre des séries d'images avec une définition plus élevée et moins de flou que ce qui était auparavant disponible.
L’équipe a utilisé la même technologie pour étudier les effets de l’ablation laser sur le verre. L'ablation au laser est utile pour éliminer avec précision des matériaux solides d'une surface et est utilisée à la fois dans l'industrie et en médecine. Les chercheurs ont focalisé une impulsion laser ultracourte d’une durée de seulement 35 femtosecondes (une femtoseconde équivaut à un quadrillionième de seconde) sur une plaque de verre. À l'aide du circuit spectral, ils ont observé l'impact du laser, les ondes de choc qui en résultaient et l'effet qu'il avait sur le verre en picosecondes, nanosecondes et millisecondes.
"Nous avons pu observer l'interaction entre différents processus physiques au fil du temps et la façon dont ils ont pris forme", a déclaré Keiichi Nakagawa, professeur agrégé du département de bio-ingénierie et du département d'ingénierie de précision de l'université de Tokyo. "Notre technologie offre la possibilité de révéler des phénomènes à grande vitesse utiles mais inconnus en nous permettant d'observer et d'analyser de tels processus ultrarapides.
"Ensuite, nous prévoyons d'utiliser notre technique d'imagerie pour visualiser comment les cellules interagissent avec les ondes acoustiques, comme celles utilisées dans la thérapie par ultrasons et par ondes de choc. Ce faisant, nous visons à comprendre les processus physiques primaires qui activent les effets thérapeutiques ultérieurs chez l'humain. corps." L'équipe souhaite également utiliser un circuit spectral pour améliorer les techniques de traitement laser, en identifiant les paramètres physiques qui permettraient une fabrication plus rapide, plus précise, plus cohérente et plus rentable.
"Nous avons toujours été fascinés par le pouvoir de la visualisation pour comprendre des phénomènes complexes. La possibilité de découvrir et de montrer des parties du monde qui étaient auparavant cachées nous a vraiment attirés vers ce domaine", a déclaré Nakagawa. "Nous prévoyons d'apporter de larges contributions dans divers domaines, de la biomédecine à la fabrication, en passant par les matériaux, l'environnement et l'énergie."
Plus d'informations : Takao Saiki et al, Imagerie optique à prise unique avec circuits de spectre pontant les échelles de temps dans la photographie à grande vitesse, Science Advances (2023). DOI :10.1126/sciadv.adj8608
Informations sur le journal : Progrès scientifiques
Fourni par l'Université de Tokyo
