Les microscopes optiques qui utilisent des lentilles pour faire rebondir des photons sur des objets ont du mal à distinguer les objets à l'échelle nanométrique plus petits que la longueur d'onde du faisceau d'imagerie, comme les protéines et l'ADN. Une « hyperlentille » innovante conçue à A*STAR peut surmonter les limites de la diffraction optique en capturant des informations haute résolution détenues par des ondes de courte durée ou évanescentes qui se cachent près de la surface d'une cible.

Les dispositifs à hyperlentilles, composés de minces empilements de couches alternées de métal et de plastique, ont ouvert la voie à la capture de processus biologiques vivants en action avec une optique à grande vitesse. La clé de leur fonctionnement sont les électrons oscillants, connu sous le nom de plasmons de surface, qui résonnent avec et améliorent les ondes évanescentes qui apparaissent lorsque les photons frappent un objet solide. Les longueurs d'onde étroites des faisceaux évanescents donnent une résolution à l'échelle nanométrique aux images lorsque l'hyperlentille propage les images vers un microscope standard.

Cependant, la production en série des hyperlentilles actuelles est au point mort en raison de leur fabrication complexe - jusqu'à 18 dépôts de couches différentes peuvent être nécessaires, chacun avec des exigences strictes pour éviter la dégradation du signal. "Pour une imagerie parfaite, ces couches ont besoin d'une épaisseur et d'une pureté contrôlées avec précision, " dit Linda Wu, de l'Institut de technologie de fabrication A*STAR de Singapour. "Autrement, il est difficile de grossir suffisamment l'objet pour qu'un microscope conventionnel puisse le saisir. »

Wu et ses collègues ont proposé un autre type d'hyperlentille qui élimine le besoin d'interfaces multiples dans la direction de propagation de la lumière, une source majeure de perte d'énergie et de distorsion d'image. Le concept de l'équipe intègre un réseau hémisphérique de nanotiges dans un noyau isolant central, donnant à l'hyperlentille une forme semblable à celle d'un oursin épineux. Cette géométrie permet une récolte plus efficace des ondes évanescentes, ainsi qu'une projection d'image améliorée.

"Pour la géométrie de l'oursin, les structures métalliques de taille nanométrique s'alignent dans la même direction de la direction de propagation de la lumière, et ils sont beaucoup plus petits que la longueur d'onde de la lumière infrarouge appliquée, " explique Wu. " Par conséquent, la lumière ne 'voit' aucun obstacle, et se propage efficacement et naturellement, sans perte."

Les simulations des chercheurs ont révélé que l'hyperlentille hérissée pouvait séparer les informations complexes des ondes en ses fréquences composantes, puis transmettre ces données au microscope comme un intense, bande facile à repérer. Cette approche était également efficace - elle s'est avérée capable de résoudre des objets complexes, 50 à 100 nanomètres de large, sans avoir besoin de post-traitement d'image.

Wu note que la fabrication d'hyperlentilles d'oursins devrait être beaucoup plus simple que les structures multicouches. "Les structures métalliques de taille nanométrique pourraient être formées à l'aide de pores et de modèles dans des lentilles flexibles, sans limite de taille réelle, " dit-elle. "Cet hyperlentille pourrait être un outil important pour l'imagerie biomoléculaire en temps réel."