Couverture améliorée Nanophotonics pour l’imagerie de phase en biologie


du Light Publishing Center, Institut d’Optique, de Mécanique de Précision et de Physique de Changchun, CAS

Couverture améliorée Nanophotonics pour l'imagerie de phase en biologie

a La lamelle NEC (Nanophotonics Enhanced Coverslip) étend une lamelle de protection de microscope normale grâce à la capacité de cartographie de phase, grâce à laquelle les processus de cartographie de phase volumineux sont réduits à la taille d’une puce. La conception de moins de 200 nm d’épaisseur consiste en un réseau d’espacement sous-longueur d’onde sur un film optiquement mince supporté par un substrat en verre. b Exemple de démonstration de la cartographie de phase de cellules cancéreuses humaines (cellules HeLa) à l’aide du NEC. En plaçant la boîte de Pétri avec la culture cellulaire directement sur le NEC, des images pseudo-3D des cellules sont créées. Les images obtenues sont similaires à celles obtenues par la technique d’imagerie de phase classique de la microscopie à contraste interférentiel différentiel (DIC). Dans l’image de référence enregistrée sans le NEC, les cellules sont largement invisibles. c L’utilisation du dispositif NEC a permis de visualiser non seulement la forme générale de la cellule, mais également les caractéristiques au sein du noyau de la cellule (à gauche). Ceci a été confirmé par comparaison avec des images obtenues en utilisant la microscopie DIC conventionnelle (au ) et la microscopie à fluorescence (à droite). Crédit photo: Lukas Wesemann, Jon Rickett, Jingchao Song, Jieqiong Lou, Elizabeth Hinde, Timothy J. Davis et Ann Roberts

La capacité de visualiser des objets transparents tels que des cellules biologiques est d’une importance fondamentale en et en diagnostic médical. Les approches conventionnelles pour y parvenir comprennent la microscopie à contraste de phase et les techniques basées sur la coloration chimique des cellules biologiques. Cependant, ces techniques reposent sur des composants optiques coûteux et encombrants ou nécessitent de modifier et, dans certains cas, d’endommager la cellule par l’introduction d’agents de contraste chimiques. Les progrès significatifs de la technologie de nanofabrication ces derniers temps ont permis la structuration de matériaux à l’échelle nanométrique avec une précision sans précédent. Cela a conduit au domaine révolutionnaire de la méta-optique, qui vise à développer des composants optiques ultra-compacts qui remplacent leurs homologues optiques tels que les lentilles et les filtres optiques. Ces dispositifs méta-optiques ont des propriétés inhabituelles pour lesquelles ils ont récemment suscité un intérêt scientifique considérable en tant que nouvelles plates-formes pour les applications d’imagerie.

Dans un nouvel article publié dans Science de la lumière et applicationsUne équipe de scientifiques dirigée par le professeur Ann Roberts du nœud d’excellence de l’Australian Research Council for Transformative Meta-Optic Systems de l’Université de Melbourne a développé un verre de protection de microscope nanostructuré ultra-compact qui peut être utilisé pour visualiser des cellules biologiques non colorées. L’appareil s’appelle Nanophotonics Enhanced Coverlip (NEC) car il ajoute la possibilité de cartographier les phases d’une lamelle de protection de microscope normale. Dans leur étude, les chercheurs ont montré qu’en plaçant simplement des cellules biologiques sur le NEC, des images pseudo-3D à contraste élevé de cellules autrement invisibles peuvent être obtenues. En utilisant comme exemple les cellules cancéreuses humaines (cellules HeLa), les scientifiques ont démontré le potentiel de cette nouvelle méthode d’imagerie de phase. La procédure a non seulement permis de visualiser la forme générale des cellules cancéreuses, mais a également rendu visibles les détails du noyau cellulaire. Cette capacité est d’une importance vitale car la détection des changements dans la structure des cellules biologiques soutient la détection de maladies telles que le paludisme.

La version du NEC présentée dans la publication diffère d’une lamelle normale en ajoutant un film optique mince et un réseau avec un espacement de nanomètres. Cependant, l’équipe de recherche envisage des variantes plus complexes de ce concept pour étendre davantage les capacités de la méthode à fonctionner à différentes longueurs d’onde et à s’intégrer à des systèmes d’imagerie optique ou microfluidiques hautement spécialisés. En résumé, cette recherche a révélé une méthode d’imagerie de phase entièrement nouvelle qui a un potentiel important pour faire partie des futurs systèmes d’imagerie biologique et des outils mobiles de diagnostic médical.

Les scientifiques résument le potentiel de leur méthode d’imagerie de phase: «Nous avons développé un verre de protection de microscope nanostructuré avec lequel nous pouvons rendre visibles des cellules biologiques autrement transparentes en les plaçant simplement sur l’appareil et en les regardant à travers. C’est une percée passionnante dans le.  » Zone de cartographie de phase, car notre procédé ne nécessite pas l’utilisation de composants optiques en vrac, de coloration chimique ou de post-traitement informatique comme c’est le cas avec les procédés conventionnels. « A expliqué le professeur Roberts.

<< L'absence d'outils de diagnostic médical dans de nombreux pays en développement est considérée comme une raison pour laquelle les maladies infectieuses telles que le paludisme et la tuberculose sont toujours une des principales causes de décès. Notre approche a un potentiel considérable pour devenir un outil d'imagerie par étapes ultra-compact et peu coûteux qui . " intégré dans les caméras des smartphones et autres appareils mobiles pour rendre les diagnostics médicaux mobiles généralement disponibles. "A ajouté le Dr Wesemann.


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Plus d’information:
Lukas Wesemann et al., Nanophotonics Enhanced Coverlip for Phase Imaging in Biology, Lumière: science et applications (2021). DOI: 10.1038 / s41377-021-00540-7

Fourni par le Light Publishing Center de l’Institut d’Optique, de Mécanique de Précision et de Physique de Changchun, CAS

Citation: Nanophotonics Enhanced Coverslip for phase imaging in biology (2021, 14 mai), consulté le 14 mai 2021 sur https://phys.org/news/2021-05-nanophotonics-coverslip-phase-imaging-biology.html

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