Vue d’artiste du nouveau microscope quantique en action — © The University of Queensland

La microscopie optique a récemment effectué un bond quantique. En manipulant la lumière, des chercheurs australiens ont pu examiner des cellules vivantes avec une précision inédite, sans les endommager.

Une avancée significative

Les microscopes habituellement utilisés pour examiner les systèmes biologiques vivants projettent une ou deux lumières vives sur leurs cibles, et des sources lumineuses plus puissantes permettent aux chercheurs de voir les cellules avec davantage de détails. Mais la précision pouvant être atteinte grâce à cette approche possède une limite fondamentale : à partir d’un certain seuil, une lumière intense détruira la cellule vivante.

« Notre compréhension de la vie telle qu’elle existe aujourd’hui a reposé presque entièrement sur la qualité de nos microscopes », explique Warwick Bowen, de l’université du Queensland en Australie. « Nous sommes vraiment limités par la technologie, et il n’est pas évident de briser les limites existantes car nous avons déjà poussé l’intensité au maximum sans détruire la cellule. »

Dans le cadre de ces travaux présentés dans la revue Nature, Bowen et ses collègues ont développé une approche permettant de surmonter le problème. L’équipe a utilisé un microscope pourvu de deux sources de lumière laser, mais a projeté l’un des faisceaux à travers un cristal spécialement conçu pour comprimer la lumière, via l’introduction de corrélations quantiques dans les photons (particules de lumière du faisceau laser).

— © The University of Queensland

Les photons possédant une énergie similaire étaient couplés afin de former des paires corrélées, et les autres rejetés au lieu d’être appariés. Un processus ayant permis de réduire l’intensité du faisceau ainsi que son bruit. Lorsque les chercheurs ont testé leur système, ils ont constaté qu’ils étaient en mesure d’effectuer des mesures 35 % plus précises que celles permises par un dispositif similaire n’utilisant pas de lumière comprimée.

Comprendre les fondements de la vie et améliorer les diagnostics médicaux

« Pour obtenir ce type de mesure sans corrélations quantiques, il faut augmenter l’intensité », souligne Bowen. « Mais si vous augmentez suffisamment l’intensité pour obtenir ces résultats, vous détruisez l’échantillon. Cette nouvelle approche nous permet d’examiner des structures qu’il aurait été impossible de voir auparavant. »

Les scientifiques ont ainsi pu observer la paroi d’une cellule de levure (Saccharomyces cerevisiae), d’une épaisseur d’environ 10 nanomètres, ainsi que du fluide intracellulaire, que des microscopes classiques n’auraient pas été en mesure de révéler. Selon l’équipe, l’observation de ces parties minuscules des tissus vivants pourrait nous aider à comprendre les fondements de la vie à la plus petite échelle.

« Cette avancée clef dans le domaine de la microscopie optique ouvre la voie à l’amélioration du fonctionnement des dispositifs de pointe, à des intensités lumineuses tout juste sous le seuil d’endommagement des échantillons biologiques », estime Frank Vollmer, de l’université d’Exeter. « Les microscopes basés sur la lumière étant souvent utilisés pour déterminer si des cellules sont cancéreuses ou le diagnostic d’autres maladies, la lumière comprimée pourrait améliorer considérablement la sensibilité de ces tests et les accélérer », conclut Bowen.

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