L'imagerie fantôme est comme un jeu de cuirassé. Au lieu de voir directement un objet, les scientifiques utilisent des photons enchevêts pour éliminer l'arrière-plan et révéler sa silhouette. Cette méthode peut être utilisée pour étudier les environnements microscopiques sans trop de lumière, ce qui est utile pour éviter la photodamage à des échantillons biologiques.
Jusqu'à présent, l'imagerie fantôme quantique a été limitée à deux dimensions, ou à deux plans à des positions z fixes. Dans une nouvelle étude, publiée dans Opticales scientifiques du Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) ont développé un microscope d'imagerie fantôme quantique 3D – le premier du genre.
« Il s'agit d'une nouvelle façon d'imagerie 3D qui peut faire les choses avec plus de sensibilité et recueillir plus d'informations sans avoir à scanner un échantillon », a déclaré le scientifique et auteur de LLNL Audrey Eshun.
La méthode fonctionne basée sur le phénomène quantique d'enchevêtrement. Un laser éclaire un cristal qui génère des paires de photons qui sont enchevêtrées ou liées ensemble dans l'espace et le temps. Ces paires frappent un miroir qui les sépare: l'un, appelé le photon « signal », se tourne vers l'échantillon, tandis que l'autre, le photon « idiot », continue directement vers un détecteur de type caméra.
Les photons idiots, qui n'interagissent pas avec l'échantillon, forment une image uniforme et sans affaire sur le détecteur.
Pendant ce temps, les photons de signal se déplacent dans un objectif de microscope qui les collecte et les concentre sur un échantillon. Dans ce cas, les auteurs ont examiné les grappes de nanoparticules métalliques.
L'échantillon est incliné à un angle de 45 degrés par rapport aux photons entrants. Lorsque les photons l'ont frappé, ils se dispersent dans toutes les directions.
Un autre objectif de microscope, positionné à angle droit par rapport à la lumière entrante, recueille les photons dispersés et les dirige vers un deuxième détecteur. Cette caméra capture un instantané standard du plan YZ des nanoparticules.
Les deux détecteurs mesurent l'heure d'arrivée exacte de chaque photon. En faisant correspondre les horodatages des paires de photons détectés par les deux caméras, les chercheurs peuvent déterminer quels photons idiots correspondent à des photons de signal qui interagissaient avec l'échantillon. Ils suppriment tous les autres photons de l'image de régime sans affaire, révélant une image fantôme du plan XY de l'échantillon.
« L'image standard a des coordonnées Y et Z et un temps pour chaque pixel, et l'image fantôme a des coordonnées x et y et un temps pour chaque pixel », a déclaré Eshun. « En regroupant tous les photons qui ont le même horodatage, nous pouvons déterminer la position x, y et z pour chaque photon. Ces coordonnées peuvent ensuite être tracées pour former une image 3D. »
Par rapport à d'autres techniques, l'imagerie de fantômes quantiques 3D ne nécessite pas de numérisation de l'échantillon – cela peut se produire en même temps. Il utilise des intensités de lumière extrêmement basse, il pourrait donc être utile pour l'imagerie des matériaux sensibles à la lumière.
« Ce microscope est le premier du genre », a déclaré le scientifique et auteur du LLNL Ted Laurence. « Il y avait une autre image de fantôme quantique 3D, mais dans ce cas, la résolution était d'environ 3 centimètres. Ce sont des microns. Nous obtenons trois dimensions spatiales d'informations à l'échelle du micron. »
Ensuite, l'équipe vise à utiliser cette méthode pour le suivi à grande vitesse du mouvement des cellules les uns par rapport aux autres.
