Le revêtement simple de la lame améliore la résolution de la microscopie

Un microscope alimenté par la lumière a une résolution d’environ 200 nanomètres—Cela rend impossible l’observation d’échantillons plus petits ou plus rapprochés. ingénieurs en Université de Californie à San Diego J’ai trouvé un moyen intelligent de améliorer la résolution Qu’un microscope traditionnel, mais étonnamment, il n’inclut aucune mise à niveau des lentilles ou de l’optique à l’intérieur.

Selon la théorie du critère de Rayleigh, proposée par John William Strutt, 3e baron Rayleigh, en 1896, la précision d’un microscope conventionnel basé sur la lumière est limitée non seulement par les capacités optiques des lentilles en verre mais par la nature de la lumière elle-même, en tant que résultat de la diffraction qui se produit lorsque les rayons lumineux sont courbés. contrainte signifie que Un observateur regardant à travers un microscope à deux choses qui À une distance inférieure à 200 nm, ils seront considérés comme un un objet.

En comparaison, les microscopes électroniques projettent un échantillon avec une concentration plus élevée Un faisceau d’électrons au lieu de lumière visible, et une résolution de moins d’un nanomètre peut être obtenue à la place. il y a un compromis, Cependant, étant donné que les spécimens observés au microscope électronique doivent être placés à l’intérieur d’une chambre à vide, il a le malheureux inconvénient de tuer les organismes vivants, il n’est donc pas possible d’observer des cellules et d’autres phénomènes vivants en action. à ce jour, Il n’y avait pas de choix intermédiaire, mais il semble que c’est exactement ce que ces ingénieurs ont inventé.

« Présentation technique de la nouvelle technologie de microscopie ultra-résolution. Des cellules animales (en rouge) sont superposées sur une lame recouverte d’une superstructure multicouche hyperbolique. Une lumière nanostructurée (bleue) est générée par le métamatériau et illumine ensuite les cellules animales.
Clarification: Yun Yo Lee – Université de Californie à San Diego دي

Pour créer ce qu’on appelle un « microscope à super-résolution », les ingénieurs n’ont pas du tout mis à niveau le microscope. Au lieu de cela, ils ont développé un métamatériau hyperbolique – des matériaux avec des structures uniques qui traitent la lumière, développés à l’origine pour améliorer l’imagerie optique – qui sont appliqués à une lame microscopique, sur laquelle l’échantillon est placé. Ce métamatériau hyperbolique spécial est composé de « couches alternées nanométriques d’argent et de verre de silice » qui ont pour effet de raccourcir et de diffuser les longueurs d’onde de la lumière visible qui le traverse, résultant en une série de motifs mouchetés aléatoires.

Ces motifs de lumière tachetée finissent par éclairer l’échantillon sur la lame du microscope sous différents angles, permettant de prendre une série d’images à basse résolution, chacune mettant en évidence une partie différente. Ces images sont ensuite introduites dans un algorithme de reconstruction qui les collecte intelligemment et diffuse une image haute résolution.

Comparaison d'images prises au microscope optique sans métamatériau hyperbolique (gauche) et avec métamatériau hyperbolique (droite) : quantum dots.

Comparaison d’images prises au microscope optique sans métamatériau hyperbolique (gauche) et avec métamatériau hyperbolique (droite) : quantum dots.
photo: Université de Californie à San Diego

Ce n’est pas différent de l’approche de déplacement du capteur utilisée dans certains appareils photo numériques pour produire des images en super résolution où le capteur d’image est légèrement déplacé dans des directions différentes lors de la prise de plusieurs photos, puis combiné pour combiner tous les détails supplémentaires capturés. Cette technologie – détaillée dans le document récemment publié Dans la revue Nature Communications – il peut augmenter la résolution d’un microscope optique conventionnel à 40 nanomètres, tout en permettant l’observation d’organismes vivants. Il ne peut toujours pas rivaliser avec ce que les microscopes électroniques peuvent faire, mais ce n’est pas moins impressionnant compte tenu de la facilité avec laquelle ils peuvent améliorer les capacités d’appareils plus sûrs et plus abordables déjà utilisés dans les laboratoires du monde entier.

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