En 2014, un trio international a remporté le prix Nobel de chimie pour le développement de la microscopie à fluorescence à super-résolution, une technique qui a permis d'étudier les processus moléculaires dans les cellules vivantes.
Maintenant, une équipe d'ingénierie de Northwestern a amélioré cette technologie révolutionnaire en la rendant plus rapide, plus simple, Moins cher, et en multipliant par quatre sa résolution.
« Malgré le succès des techniques de microscopie électronique et de microscopie à sonde à balayage, il reste un besoin pour une méthode d'imagerie optique qui permet de découvrir non seulement les structures nanoscopiques mais aussi les phénomènes physiques et chimiques se produisant à l'échelle nanométrique, " a dit Hao Zhang, professeur agrégé de génie biomédical à la McCormick School of Engineering de Northwestern. "Nous pensons que notre technique peut accomplir cela."
Dirigé par Zhang, l'équipe Northwestern a développé une nouvelle plateforme d'imagerie optique de super-résolution basée sur la spectroscopie, un type d'imagerie qui examine comment la matière réagit à la lumière. Appelée microscopie spectroscopique de localisation de photons (SPLM), la plate-forme peut analyser des molécules individuelles avec une résolution inférieure au nanomètre.
La nouvelle plate-forme technologique exploite la microscopie de localisation de photons (PLM), qui capture les signatures spectroscopiques inhérentes aux photons émis, ou particules légères, pour identifier des molécules spécifiques. Les technologies actuelles d'imagerie spectroscopique et de PLM nécessitent plusieurs colorants fluorescents pour améliorer le contraste dans les images microscopiques résultantes. Incapable de distinguer les colorants, ces techniques enregistrent plusieurs images à partir de différentes bandes de longueurs d'onde discrètes.
Le SPLM de l'équipe Northwestern, cependant, peut caractériser plusieurs molécules de colorant simultanément, augmenter la vitesse d'imagerie dans les échantillons multicolorés. La suppression du besoin d'enregistrer plusieurs images rend le processus d'imagerie plus simple et moins coûteux. Le SPLM est également suffisamment sensible pour distinguer des différences mineures du même type de molécules.
"Les gens ont besoin d'une série de filtres et de caméras pour séparer les photons de différentes couleurs et acquérir des informations, " a déclaré Zhang. " Cela peut être assez compliqué et coûteux si plusieurs caméras sont utilisées. Grâce à notre technologie, nous pouvons acquérir des images multicolores sans filtres car nous savons quelle couleur est associée à quels photons simultanément."
Soutenu par un prix de catalyseur de recherche Northwestern Engineering, la recherche a été décrite en ligne le 25 juillet dans Communication Nature . Vadim Backman, le professeur Walter Dill Scott de génie biomédical, et Cheng Sun, professeur agrégé de génie mécanique, ont été co-auteurs de l'article. Biqin Dong, un stagiaire postdoctoral dans le laboratoire de Zhang, et Luay Almassalha, un étudiant diplômé du laboratoire de Backman, sont co-premiers auteurs de l'étude.
Alors que Zhang envisage d'appliquer cette nouvelle technologie à ses propres recherches en imagerie optique, il pense qu'il sera utile dans de nombreux domaines, de la science des matériaux aux sciences de la vie.
"Notre approche améliore non seulement l'imagerie à super-résolution existante en capturant des signatures spectroscopiques spécifiques à la molécule, " il a dit, "il fournira potentiellement une plate-forme universelle pour démêler des environnements à l'échelle nanométrique dans des systèmes complexes au niveau d'une seule molécule."
