Lentille imprimée en 3D

La lentille mince et économique est imprimée en 3D et a la capacité de placer des cellules vivantes sous le microscope, ce qui améliorerait considérablement les diagnostics. Crédit: © 2020 KAUST; Andrea Bertoncini

Les lentilles fabriquées sur mesure permettent de fixer facilement des microscopes de haute technologie directement aux incubateurs de cellules.

Un dispositif optique qui ressemble à une lentille de phare miniaturisée peut faciliter la recherche dans les boîtes de Pétri et observer les détails au niveau moléculaire des processus biologiques, y compris la croissance des cellules cancéreuses. Développé par KAUST, le nouvel objectif est également très rentable.

De nombreuses techniques de bioimagerie nécessitent l’ajout de colorants fluorescents à des cibles cellulaires spécifiques. Mais une méthode récemment développée connue sous le nom de microscopie à diffusion raman stimulée (SRS) peut éviter les étapes de marquage fastidieuses en utilisant des impulsions laser pour collecter des signaux de vibration moléculaire à partir d’échantillons biologiques. La capacité des microscopes SRS à produire des images haute résolution non invasives à des vitesses en temps réel a incité les chercheurs à les déployer également pour in vivo études de diagnostic de la maladie.


Les chercheurs de KAUST ont développé une lentille ultramince qui s’intègre dans les incubateurs de scène utilisés pour cultiver des cellules vivantes pour la bioimagerie. Crédit: © 2020 KAUST

Un inconvénient des microscopes SRS, cependant, est que le système de détection est affecté par un signal de fond, appelé modulation en phase croisée, qui est généré par les interactions intenses entre les impulsions laser et les échantillons.

«Ce signal de fond est omniprésent et réduit le contraste lors de l’observation microscopique d’échantillons complexes, tels que des cellules vivantes», explique Carlo Liberale de KAUST. «Cela rend également difficile l’identification des molécules cibles.»

Pour éviter les effets de la modulation de phase croisée, la plupart des microscopes SRS doivent utiliser des objectifs en verre volumineux capables de collecter de grands angles de lumière. Cependant, ces types de lentilles sont presque impossibles à intégrer dans les incubateurs de scène utilisés pour cultiver des cellules vivantes pour la bioimagerie.

Un objectif imprimé en 3D développé chez KAUST utilise des fonctionnalités optiques inspirées des faisceaux de phare pour collecter les signaux laser pour la bioimagerie.

Un objectif imprimé en 3D développé chez KAUST utilise des fonctionnalités optiques inspirées des faisceaux de phare pour collecter les signaux laser pour la bioimagerie. Crédit: © 2020 Andrea Bertoncini

Andrea Bertoncini, chercheur au sein du groupe Liberale, a été le fer de lance des travaux visant à créer un objectif SRS ultramince à l’aide de l’impression tridimensionnelle (3D) laser. S’inspirant du design élancé des lentilles de phare, l’équipe KAUST a imprimé de minuscules éléments en forme de lentille et de miroir dans un polymère transparent d’une épaisseur de seulement une fraction de millimètre.

«Ce type de conception d’objectif est un moyen très efficace de collecter et de rediriger la lumière provenant de sources grand angle directement vers notre détecteur laser», déclare Bertoncini. “Et comme il est si fin, il se glisse facilement dans les chambres fermées d’un incubateur.”

Après que les essais d’étalonnage ont confirmé que leur nouvelle lentille pouvait rejeter le fond de modulation de phase croisée, les chercheurs se sont tournés vers les cellules cancéreuses humaines cultivées dans une boîte de Pétri conventionnelle. Ces expériences ont révélé que l’objectif pouvait imager les composants intérieurs de la cellule avec une résolution similaire aux microscopes SRS conventionnels, mais dans un format beaucoup plus pratique et moins coûteux.

«Les objectifs que nous utilisons normalement pour collecter les signaux de microscope SRS coûtent quelques milliers de dollars», explique Bertoncini. «Maintenant, nous avons un objectif avec des avantages similaires que nous pouvons produire pour moins d’un dixième de ce prix.»

Référence: «Lentille mince catadioptrique haute NA imprimée en 3D pour la suppression du fond XPM en microscopie à diffusion Raman stimulée» par Andrea Bertoncini, Sergey P. Laptenok, Luca Genchi, Vijayakumar P. Rajamanickam et Carlo Liberale, 13 juillet 2020, Journal de biophotonique.
DOI: 10.1002 / jbio.202000219