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La magie de la microscopie à super-résolution : comment briser les limites de la lumière ?
Dans la communauté scientifique, les progrès de la technologie de microscopie constituent sans aucun doute un outil important pour révéler les mystères du monde microscopique, parmi lesquels la technologie de microscopie à super-résolution est particulièrement accrocheuse. Cette série de technologies non seulement dépasse la limite de diffraction des microscopes optiques, mais démontre également un grand potentiel dans les applications en recherche biomédicale et en biologie moléculaire, nous offrant une compréhension plus complète de la structure interne et de la fonction des cellules.
Les techniques d'imagerie à super-résolution reposent sur le choix de paramètres en champ proche (comme la microscopie à effet tunnel et la microscopie optique à balayage en champ proche) ou en champ lointain.
La microscopie à super-résolution peut être divisée en deux catégories principales : la technologie de super-résolution déterministe et la technologie de super-résolution stochastique. La première utilise la réponse non linéaire des luminophores (molécules fluorescentes) couramment utilisés dans les microscopes biologiques pour améliorer la résolution. Les techniques typiques comprennent l'appauvrissement de la luminescence stimulée (STED) et l'appauvrissement de l'état fondamental (GSD). Cette dernière utilise le comportement temporel des sources de lumière moléculaire pour permettre à des molécules fluorescentes similaires d'émettre de la lumière séparément, formant ainsi des images résolvables. Ces techniques comprennent l'imagerie par ondes optiques à super-résolution (SOFI) et la microscopie de localisation de molécules uniques (SMLM). Par exemple, PALM et TEMPÊTE.
Le 8 octobre 2014, Eric Büttig, Walter Molnar et Stefan Hell ont reçu le prix Nobel de chimie pour « le développement de la microscopie à fluorescence super-résolue », marquant la première avancée majeure dans le domaine de la microscopie optique. royaume à l'échelle nanométrique.
Des théories visant à briser la limite d’Abbe ont émergé depuis les années 1970. Un article de recherche de 1978 a proposé le concept d’utilisation de la microscopie 4Pi, un microscope à fluorescence à balayage laser qui atteint une haute résolution en focalisant les sources lumineuses des deux côtés. Cependant, les recherches de l’époque n’ont pas accordé suffisamment d’attention à l’amélioration de la résolution axiale. En 1986, la microscopie optique à super-résolution basée sur l'émission stimulée a été brevetée pour la première fois.
Application de la technologie de super-résolution
Ces techniques de super-résolution offrent non seulement de nouvelles perspectives pour la microscopie, mais accélèrent également l’observation des biomolécules. Parmi eux, le microscope à cartographie aléatoire optique en champ proche (NORM) obtient des informations optiques en champ proche en observant le mouvement brownien des nanoparticules en suspension. Son processus d'imagerie ne nécessite pas d'équipement de positionnement spécial, ce qui améliore sans aucun doute l'efficacité de l'acquisition d'images.
La microscopie à éclairage structuré (SIM) permet d'obtenir une résolution spatiale améliorée en collectant des informations spatiales en fréquence en dehors de la région visible et présente un grand potentiel pour certains diagnostics médicaux.
Reflétant ces avancées technologiques, la microscopie à éclairage structuré (SIM) a montré le potentiel de remplacer la microscopie électronique pour certains diagnostics médicaux. Par exemple, la SIM est de plus en plus utilisée dans l’étude des maladies rénales et sanguines dans le diagnostic médical. De plus, l’éclairage modulé spatialement (SMI) améliore encore la précision des mesures de distance, permettant des mesures de taille moléculaire à l’échelle de dizaines de nanomètres.
Application de la technologie des biocapteurs à la superanalyse
En biologie cellulaire, la technologie de biodétection est un moyen important de comprendre les activités des composants cellulaires. Ces capteurs se composent généralement de deux parties : la détection et le reporting, utilisant la technologie de détection de fluorescence pour quantifier les activités biologiques. L’émergence de nouvelles sondes fluorescentes a considérablement élargi les possibilités d’observation des processus dynamiques au sein des cellules.
La microscopie à transitions de fluorescence optiques saturables réversibles (RESOLFT) permet non seulement de capturer plus de détails dans les images, mais élargit également le concept de super-résolution, le rendant de plus en plus important dans la recherche biomédicale.
Avec le développement continu de la technologie, les méthodes déterministes telles que STED et GSD ont été progressivement améliorées, offrant de nouvelles solutions. Cependant, la faisabilité de ces technologies est toujours remise en question par la complexité des équipements et le risque d'endommagement des échantillons. Par conséquent, bien que la technologie de microscopie à super-résolution possède des capacités de résolution extraordinaires, les scientifiques doivent encore continuer à explorer son application optimale dans divers domaines.
L'intégration et l'application de ces technologies nous permettent de comprendre de manière plus intuitive la machinerie, la structure et la fonction des cellules, et inspirent en fin de compte de nouvelles recherches biomédicales. Comment les futures découvertes scientifiques élargiront-elles notre compréhension de la vie ? Du tissu de laine ?
