Des chercheurs de l'Université des sciences et de la technologie de Chine (USTC) ont dévoilé un dispositif optique plan qui améliore considérablement les capacités de la microscopie à champ foncé, atteignant une imagerie de super-résolution au-delà de la limite de diffraction. Le travail a été dirigé par le professeur Zhang Douguo et a été publié dans le Actes de l'Académie nationale des sciences.
La microscopie à champ noir est une technique puissante utilisée pour visualiser des échantillons non colorés en les éclairant avec de la lumière à des angles obliques, ce qui entraîne des images à contraste élevé d'objets faiblement diffusés. Cependant, la microscopie traditionnelle à champ noir est limitée par la barrière de diffraction et nécessite souvent des configurations complexes et volumineuses avec un alignement précis. Les techniques d'imagerie de super-résolution, qui peuvent surmonter cette barrière, sont généralement coûteuses et difficiles à utiliser. La nécessité d'une solution plus simple et plus accessible a longtemps été un défi sur le terrain.
L'étude introduit un dispositif photonique plane qui intègre une couche de diffusion, un cristal photonique unidimensionnel (1DPC) et un film métallique pour générer des motifs de taches de champ noir. Ce dispositif compact peut être facilement intégré aux microscopes conventionnels, éliminant le besoin de systèmes optiques complexes ou d'alignement précis.
L'innovation clé réside dans l'utilisation du 1DPC, qui agit comme un filtre d'espace de moment pour produire des cônes creux de motifs de taches. Ces modèles servent de source d'éclairage, permettant une imagerie à contraste élevé avec une amélioration de 1,55 fois de la résolution spatiale par rapport aux méthodes traditionnelles.
Les chercheurs ont démontré les capacités de l'appareil en imaginant divers échantillons, notamment des billes de polystyrène, des nanofils et des échantillons biologiques. En utilisant un algorithme de reconstruction à l'aveugle, ils ont réussi à résoudre les billes adjacentes avec une distance centrale à centre aussi petite que 340 nm, ce qui dépasse la limite de diffraction. L'appareil prend également en charge l'imagerie de surface optique en générant des taches évanescentes lorsque la longueur d'onde incidente est réglée, élargissant encore ses applications.
La configuration expérimentale a impliqué un microscope vertical standard avec une lentille objective x40 (Na 0,6) et une source laser cohérente couplée en fibres multimode. Les motifs de taches ont été modifiés dynamiquement en vibrant les fibres, permettant la capture de plusieurs images pour la reconstruction d'image. Les résultats ont montré que la technique proposée améliore non seulement la résolution mais maintient également un contraste élevé, même pour une grande imagerie de champ de vision.
Cette recherche représente un bond en avant significatif dans la technologie de microscopie. Le dispositif planaire compact propose une solution pratique et accessible pour l'imagerie de super-résolution, mettant à disposition une microscopie sans contraste à contraste élevé et sans étiquette pour un éventail plus large de chercheurs et de cliniciens. En simplifiant la configuration et en éliminant le besoin d'un alignement complexe, cette innovation pourrait démocratiser l'accès aux techniques d'imagerie avancées.
