Un pas décisif vers la microscopie de super-résolution
Publié par Redbran le 10/12/2019 à 14:00
Source et illustrations: CNRS INP

La mise au point de nanotubes de carbone dont la fluorescence peut être déclenchée sur commande permet d'envisager une microscopie de pointe élargie au proche infrarouge, une gamme de longueurs d'onde adaptée à l'étude des tissus biologiques.

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 à l'œil nu, soit par leur...) de super-résolution offre des images d'une précision bien supérieure à la longueur (La longueur d’un objet est la distance entre ses deux extrémités les plus éloignées. Lorsque l’objet est filiforme ou en forme de lacet, sa longueur est celle de l’objet complètement...) d'onde (Une onde est la propagation d'une perturbation produisant sur son passage une variation réversible des propriétés physiques locales. Elle...) optique (L'optique est la branche de la physique qui traite de la lumière, du rayonnement électromagnétique et de ses relations avec la vision.) (de l'ordre de 500 nm dans le visible), et permet ainsi l'accès au monde (Le mot monde peut désigner :) moléculaire sous microscope. Mais jusqu'à présent, cette technique en pleine essor était limitée à l'étude d'échantillons biologiques quasiment transparents, excluant les tissus biologiques épais. En effet, la plupart des méthodes reposent sur la mise au point (Graphie) d'émetteurs fluorescents, dont on peut déclencher l'activité (Le terme d'activité peut désigner une profession.) optique à distance à l'aide d'un 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 « light...). Il est ainsi possible d'illuminer temporairement une molécule (Une molécule est un assemblage chimique électriquement neutre d'au moins deux atomes, qui peut exister à l'état libre, et qui représente la plus petite quantité de...), et la distinguer des autres, même si elles sont très proches et en théorie (Le mot théorie vient du mot grec theorein, qui signifie « contempler, observer, examiner ». Dans le langage courant, une théorie est une idée ou une connaissance spéculative, souvent basée sur l’observation ou...) indiscernables. Seulement, les émissions se font essentiellement dans le domaine visible. Elles ne traversent donc pas les tissus biologiques épais, qui sont en revanche transparents dans le proche infrarouge (Le rayonnement infrarouge (IR) est un rayonnement électromagnétique d'une longueur d'onde supérieure à celle de la lumière...).

Transférer cette technologie (Le mot technologie possède deux acceptions de fait :) dans ces longueurs d'onde est délicat du fait des mauvaises propriétés optiques des émetteurs dans ce domaine. Dans le cadre d'une collaboration entre une équipe de Berlin et une équipe du Laboratoire photonique, numérique (Une information numérique (en anglais « digital ») est une information ayant été quantifiée et échantillonnée, par opposition à une information dite...), nanosciences (LP2N, CNRS/IOGS/Univ. Bordeaux), les chercheurs et les chercheuses ont mis au point pour la première fois des nano-émetteurs photo-commutables émettant à 1065 nm. Les nanotubes de carbone (Le carbone est un élément chimique de la famille des cristallogènes, de symbole C, de numéro atomique 6 et de masse atomique 12,0107.) sont des émetteurs naturels dans l'infrarouge. Mais pour déclencher cette émission à la commande (Commande : terme utilisé dans de nombreux domaines, généralement il désigne un ordre ou un souhait impératif.), les scientifiques leur ont adjoint des molécules jouant le rôle d'interrupteur (Un interrupteur (dérivé de rupture) est un dispositif ou organe, physique ou virtuel, permettant d'interrompre ou d'autoriser le passage d'un flux. Il ne faut pas confondre...). Ces molécules photo-commutables déclenchent l'illumination des nanotubes lorsqu'elles changent de configuration sous l'effet de la lumière (La lumière est l'ensemble des ondes électromagnétiques visibles par l'œil humain, c'est-à-dire comprises dans des longueurs d'onde de 380nm (violet) à 780nm (rouge). La lumière est...) laser. Grâce à cette technique, les chercheurs sont parvenus à obtenir des images "super-résolues" de nanotubes distincts.

Ce travail constitue ainsi le premier jalon pour appliquer la microscopie de super-résolution dans le proche infrarouge, un objectif jusqu'alors impensable. En outre, le "photo-contrôle" d'émetteurs individuels pourrait trouver de nombreuses applications pour les applications de stockage / de traitement de l'information, car la plupart des protocoles de transfert 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.) de communication (La communication concerne aussi bien l'homme (communication intra-psychique, interpersonnelle, groupale...) que l'animal (communication intra- ou inter- espèces) ou la machine (télécommunications, nouvelles technologies...), ainsi que leurs...) sont établis dans cette plage (La géomorphologie définit une plage comme une « accumulation sur le bord de mer de matériaux d'une taille allant des sables fins aux blocs ». La plage ne se...) de longueurs d'onde.


Fonctionnalisation chimie de nanotubes de carbone permettant de commuter par voie toute optique leurs propriétés de luminescence (La luminescence est une émission de lumière dite "froide", par opposition à l'incandescence qui elle est chaude.) à 1065 nm. Ce photo-contrôle permet de réaliser des images avec des résolutions dans le proche infrarouge inatteignables par microscopie standard.

Références:
Photoswitchable single-walled carbon nanotubes for super-resolution microscopy in the nearinfrared. Antoine G. Godin, Antonio Staro, Morgane Gandil, Rainer Haag, Mohsen Adeli, Stephanie Reich et Laurent Cognet, Science (La science (latin scientia, « connaissance ») est, d'après le dictionnaire Le Robert, « Ce que l'on sait pour l'avoir appris,...) Advances, le 27 septembre 2019.
DOI: 10.1126/sciadv.aax1166.

Lire l'article sur les bases d'archives ouvertes HAL et arXiv.

Contacts:
- Laurent Cognet - Directeur de recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue de produire et de développer les connaissances...) au CNRS (Le Centre national de la recherche scientifique, plus connu sous son sigle CNRS, est le plus grand organisme de recherche scientifique public français (EPST).), Laboratoire photonique, numérique, nanosciences (LP2N) - laurent.cognet at institutoptique.fr
- Communication INP - inp.com at cnrs.fr
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