Eric Bogers

De nouveaux horizons pour la microscopie optique

17 décembre 2018, 02:55
De nouveaux horizons pour la microscopie optique
De nouveaux horizons pour la microscopie optique

Le domaine de la microscopie optique s’est développé avec une grande rapidité au cours des dernières années. Grâce à l'invention de la microscopie à fluorescence en super-résolution, il est devenu possible d'observer jusqu’aux constituants les plus petits d'une cellule vivante. En perfectionnant de manière astucieuse la technique de super-résolution, les chercheurs de l’université de technologie de Delft (Pays-Bas) ont repoussé les limites du possible. Grâce à leur méthode, il est possible d'effectuer une mise au point sur des structures d'une taille de 3 nm.

Limite de diffraction

La limite de diffraction est une frontière théorique qui marque l'ultime possibilité de distinguer deux points adjacents grâce à un microscope optique. Cette limite est également fonction de la longueur d'onde de la lumière. Avec un microscope optique classique, la taille théorique du plus petit objet autorisant une mise au point est la moitié de la longueur d'onde utilisée. Il est donc impossible de mettre au point l'optique pour une taille inférieure.


Limite de diffraction (image : Johan Jarnestad/Académie royale des sciences de Suède).

Fluorescence

La limite de diffraction a semblé longtemps infranchissable, puisque déterminée par les lois de la nature. Pour autant, grâce à un certain nombre de subterfuges astucieux, les physiciens ont réussi à dépasser cette limite théorique. Dans la microscopie à fluorescence en super-résolution, certaines protéines ou molécules deviennent fluorescentes par modification génétique. Le faible signal lumineux émis peut ensuite être détecté par un microscope optique. Toutefois, en pratique, il n’est possible de marquer ainsi que 30 à 50 % des protéines d'un type particulier. Vous pouvez alors observer un certain nombre de points lumineux spécifiques, mais pas l'ensemble de la structure.

Pour résoudre ce problème, les chercheurs de l'université de technologie de Delft ont envisagé de modifier la microscopie en super-résolution comme on le fait pour créer une photographie composite. Il s’agit donc de superposer plusieurs images pour créer une image composite. Le calcul d'une moyenne des données à partir des différentes mesures a déjà été pratiqué en microscopie électronique, mais il s'agit ici d'une technologie tout à fait différente dont l'adaptation à la microscopie optique a nécessité deux ans.

Carte graphique

L'un des problèmes était également de disposer d'une puissance de calcul considérable pour combiner les données contenues dans des centaines, voire des milliers de clichés. Mais grâce aux jeux sur ordinateur, il existe aujourd'hui des cartes graphiques extrêmement efficaces pour le calcul en parallèle. Il est donc possible, en quelques heures, de conjuguer les mesures nécessaires pour obtenir une image unique.

Ces recherches ont permis de rapprocher la microscopie électronique et optique. Cet aspect est important car ces deux approches apportent une vision différente, mais complémentaire, malgré des capacités très éloignées. Les meilleurs microscopes électroniques sont 30 à 50 fois plus puissants que les microscopes optiques les plus performants. Rapprocher ces deux univers pourrait mener à de nouvelles découvertes biologiques.
Selon les chercheurs, si la technique permet d'atteindre les 3 nm, elle permettrait au final de distinguer des structures de 1 nm dans une image. Les dimensions des marqueurs fluorescents restent toutefois un facteur limitant.

Les résultats obtenus par les chercheurs ont été publiés dans la revue Nature Methods.

Source : Université de technologie de Delft

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