Des chercheurs de Harvard ont intégré une méta-lentille à immersion dans un microscope confocal à balayage commercial, atteindre une résolution spatiale d'imagerie d'environ 200 nm. Crédit :Capasso Lab/Harvard SEAS
Une équipe de chercheurs de la Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (SEAS) a développé la première lentille plate pour la microscopie à immersion. Cette lentille, qui peut être conçu pour n'importe quel liquide, peut fournir une alternative rentable et facile à fabriquer au coûteux, technique séculaire de polissage manuel des lentilles pour objectifs à immersion.
La recherche est décrite dans Lettres nano .
« Ce nouvel objectif a le potentiel de surmonter les inconvénients et les défis des techniques de polissage des lentilles utilisées depuis des siècles, " a déclaré Federico Capasso, le professeur Robert L. Wallace de physique appliquée et le chercheur principal Vinton Hayes en génie électrique à SEAS, et auteur principal de l'article.
Lorsque la lumière frappe un objet, ça se disperse. Les microscopes optiques fonctionnent en collectant cette lumière diffusée à travers une série de lentilles et en la reconstruisant en une image. Cependant, les informations géométriques fines et détaillées d'un objet sont portées par la portion de lumière diffusée se propageant avec des angles trop grands pour être collectés. L'immersion de l'objet dans un liquide permet de réduire les angles et de capter la lumière jusqu'alors impossible, améliorer le pouvoir de résolution du microscope.
Sur la base de ce principe, les microscopes à immersion utilisent une couche de liquide—généralement de l'eau ou de l'huile—entre la lame porte-échantillon et la lentille de l'objectif. Ces liquides ont des indices de réfraction plus élevés par rapport à l'espace libre, de sorte que la résolution spatiale est augmentée d'un facteur égal à l'indice de réfraction du liquide utilisé.
Microscopes à immersion, comme tous les microscopes, sont constitués d'une série de lentilles en cascade. La première, connu sous le nom de lentille frontale, est le composant le plus petit et le plus important. De quelques millimètres seulement, ces verres semi-circulaires ressemblent à des gouttes de pluie parfaitement conservées.
La gamme de nanofines de dioxyde de titane peut être adaptée à n'importe quel liquide d'immersion. Crédit :Capasso Lab
En raison de leur forme particulière, la plupart des lentilles frontales des microscopes haut de gamme produits aujourd'hui sont polies à la main. Ce processus, sans surprise, est coûteux et prend du temps et produit des lentilles qui ne fonctionnent que dans quelques indices de réfraction spécifiques des liquides d'immersion. Donc, si un spécimen est sous le sang et un autre sous l'eau, vous auriez besoin de fabriquer à la main deux lentilles différentes.
Pour simplifier et accélérer ce processus, Les chercheurs de SEAS ont utilisé la nanotechnologie pour concevoir une lentille plane frontale qui peut être facilement adaptée et fabriquée pour différents liquides avec différents indices de réfraction. La lentille est composée d'un réseau de nanofines de dioxyde de titane et fabriquée à l'aide d'un processus lithographique en une seule étape.
"Ces lentilles sont fabriquées à l'aide d'une seule couche de lithographie, une technique largement utilisée dans l'industrie, " a déclaré Wei Ting Chen, premier auteur de l'article et stagiaire postdoctoral à SEAS. "Ils peuvent être produits en série avec la technologie de fonderie existante ou la nanoimpression pour une optique à immersion haut de gamme rentable."
En utilisant ce processus, l'équipe a conçu des métalenses qui peuvent non seulement être adaptées à n'importe quel liquide d'immersion, mais également à plusieurs couches d'indices de réfraction différents. Ceci est particulièrement important pour l'imagerie du matériel biologique, comme la peau.
"Notre méta-lentille à immersion peut prendre en compte les indices de réfraction de l'épiderme et du derme pour focaliser la lumière sur les tissus sous la peau humaine sans aucune complexité de conception ou de fabrication supplémentaire, " a déclaré Alexandre Zhu, co-auteur de l'article et étudiant diplômé à SEAS.
"Nous prévoyons que les métalenses à immersion trouveront de nombreuses utilisations non seulement dans l'imagerie biologique, mais permettront des applications entièrement nouvelles et finiront par surpasser les lentilles conventionnelles sur les marchés existants, " dit Capasso.
