Nouvelle méthode pour créer des images 3D ultra-rapides de nanostructures
Publié par Redbran le 22/05/2019 à 14:00
Source et illustrations: CEA IRAMIS
L'imagerie stéréoscopique, fournie par nos deux yeux, nous donne une vision "en relief" des objets qui nous entourent. A l'aide d'impulsions laser harmoniques dans le domaine des rayons X, il devient possible d'obtenir de façon similaire des images de nano-structures avec une perspective tridimensionnelle. Cette nouvelle possibilité apporte de nouvelles perspectives en imagerie (L’imagerie consiste d'abord en la fabrication et le commerce des images physiques qui représentent des êtres ou des choses. La fabrication se faisait jadis soit à la main, soit par impression...), plus particulièrement intéressantes dans le domaine de la biologie (La biologie, appelée couramment la « bio », est la science du vivant. Prise au sens large de science du vivant, elle recouvre une partie des sciences naturelles et de...).


Dispositif expérimental d'imagerie X stéréoscopique.

La microscopie (La microscopie est l'observation d'un échantillon (placé dans une préparation microscopique plane de faible épaisseur) à travers le microscope. La microscopie permet de rendre visible des éléments invisibles...) sans lentille avec rayons X, ou imagerie par diffraction (La diffraction est le comportement des ondes lorsqu'elles rencontrent un obstacle qui ne leur est pas complètement transparent ; le phénomène peut être interprété par la diffusion d'une onde par les points de l'objet. La...) cohérente, est une approche prometteuse permettant aux chercheurs d'analyser la dynamique (Le mot dynamique est souvent employé désigner ou qualifier ce qui est relatif au mouvement. Il peut être employé comme :) de structures tridimensionnelles complexes, telles qu'elles existent dans la nature. Si des images bidimensionnelles peuvent être générées rapidement et efficacement, la réalisation d'images 3D constitue toujours un défi. Des images en trois dimensions (Dans le sens commun, la notion de dimension renvoie à la taille ; les dimensions d'une pièce sont sa longueur, sa largeur et sa profondeur/son épaisseur, ou bien son diamètre si c'est une pièce de...) d'un objet (De manière générale, le mot objet (du latin objectum, 1361) désigne une entité définie dans un espace à trois dimensions, qui a une fonction précise, et qui peut être désigné par une étiquette verbale. Il est défini par les...) peuvent être calculées à partir de centaines d'images individuelles 2-d, mais ce type de méthode nécessite des intensités de rayonnement (Le rayonnement, synonyme de radiation en physique, désigne le processus d'émission ou de transmission d'énergie impliquant une particule porteuse.) élevées et demande la manipulation de grandes quantités de données (Dans les technologies de l'information (TI), une donnée est une description élémentaire, souvent codée, d'une chose, d'une transaction d'affaire, d'un événement, etc.) et donc beaucoup de temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le changement dans le monde.) de calcul.

Il est cependant possible d'accélérer considérablement ces méthodes: il suffit d'acquérir à partir d'une unique impulsion laser (Un laser est un appareil émettant de la lumière (rayonnement électromagnétique) amplifiée par émission stimulée. Le terme laser provient de l'acronyme anglo-américain...), deux images d'un même objet selon deux perspectives légèrement différentes. Les 2 images sont ensuite combinées pour former une image spatiale. La méthode s'apparente à notre vision "en relief (Le relief est la différence de hauteur entre deux points. Néanmoins, ce mot est souvent employé pour caractériser la forme de la surface de la Terre.)", à partir d'une image stéréoscopique composée de deux vues légèrement différentes, telles que celles fournies par chacun de nos yeux. L'imagerie par vision stéréoscopique assistée par ordinateur (Un ordinateur est une machine dotée d'une unité de traitement lui permettant d'exécuter des programmes enregistrés. C'est un ensemble de circuits électroniques permettant de manipuler...) est déjà utilisée en vision artificielle et plus particulièrement en robotique, et l'équipe ATTO du LIDYL au CEA de Saclay et ses collaborateurs montrent ici, et pour la première fois, qu'elle est applicable au domaine des rayons X.



Dans ce domaine des très courtes longueurs d'onde (Une onde est la propagation d'une perturbation produisant sur son passage une variation réversible des propriétés physiques locales. Elle transporte de l'énergie sans transporter de matière. Une onde...), la méthode permet des reconstructions 3D à l'échelle nanométrique, et doit pouvoir avec un impact significatif, satisfaire les demandes d'imagerie structurale 3D de macromolécules individuelles indispensable en biologie, en médecine (La médecine (du latin medicus, « qui guérit ») est la science et la pratique (l'art) étudiant l'organisation du corps humain (anatomie), son fonctionnement normal...) et plus généralement dans l'industrie. La structure protéique d'un virus (Un virus est une entité biologique qui nécessite une cellule hôte, dont il utilise les constituants pour se multiplier. Les virus existent sous une...), qui influence fortement son activité (Le terme d'activité peut désigner une profession.) biologique, pourrait, par exemple, être analysée plus rapidement et avec un effort instrumental raisonnable, ce qui doit permettre d'accélérer et affiner les diagnostics médicaux.

Cette étude a été financée par Laserlab Europe (L’Europe est une région terrestre qui peut être considérée comme un continent à part entière, mais aussi comme l’extrémité occidentale du...), un consortium de laboratoires européens visant à promouvoir la recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue de produire et de développer les connaissances scientifiques. Par...) laser interdisciplinaire (Un travail interdisciplinaire intègre des concepts provenant de différentes disciplines.).

Référence publication:
Computed stereo (Stereo (Solar TErrestrial RElations Observatory) est une mission spatiale de la NASA réalisée dans le cadre du programme international d'étude des...) lensless X-ray imaging
J. Duarte, R. Cassin, J. Huijts, B. Iwan (L'iwan est un élément architectural qui consiste en un vaste porche voûté ouvert sur un côté par un grand arc.), M. Kholodtsova, F. Fortuna, L. Delbecq, H. Chapman, M. Fajardo, M. Kovacev, W. Boutu and H. Merdji
Nature Photonics 13, April 2019.

Contact CEA : Hamed Merdji (LIDYL/Atto)

Communiqué de presse (Un communiqué de presse est un document court envoyé aux journalistes dans le but de couvrir un événement.) de l'Université (Une université est un établissement d'enseignement supérieur dont l'objectif est la production du savoir (recherche), sa conservation et sa...) Leibnitz de Hanovre / Press release of the Leibniz Universität Hannover.


Collaboration:
- J. Duarte, R. Cassin, J. Huijts, B. Iwan, W. Boutu & H. Merdji : Laboratoire Interactions, Dynamiques et Lasers (UMR 9222 CEA-CNRS) - LIDYL/Atto
- F. Fortuna, L. Delbecq, Centre de Sciences Nucléaires et de Sciences de la Matière (La matière est la substance qui compose tout corps ayant une réalité tangible. Ses trois états les plus communs sont l'état solide,...) - CSNSM, CNRS/IN2P3, Université Paris-Saclay, Orsay, France
- H. Chapman, Center for Free-Electron Laser Science (La science (latin scientia, « connaissance ») est, d'après le dictionnaire Le Robert, « Ce que l'on sait pour l'avoir appris, ce que l'on tient pour vrai au sens large. L'ensemble de connaissances,...), DESY (Le DESY (Deutsches Elektronen-Synchrotron, « Synchrotron d'électrons allemand ») est un important centre de recherche en Europe en physique des...), Hamburg, Germany
- M. Fajardo, Instituto de Plasmas e Fusão Nuclear - IPFN, IST Lisboa, Lisbon, Portugal
- M. Kovacev: Leibniz Universität Hannover, Institut (Un institut est une organisation permanente créée dans un certain but. C'est habituellement une institution de recherche. Par exemple, le Perimeter Institute for Theoretical Physics est un tel institut.) für Quantenoptik, Hannover, Germany

- Laboratoire Interactions, Dynamiques et Lasers (LIDYL) - UMR 9222 CEA-CNRS, Université Paris (Paris est une ville française, capitale de la France et le chef-lieu de la région d’Île-de-France. Cette ville est construite sur une boucle de la Seine, au centre du bassin parisien, entre les...) Saclay
- ATTOphysique
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