{{{sourceTextContent.title}}}

Un nouveau microscope imprimé 3D prometteur pour le diagnostic médical dans les pays en développement

{{{sourceTextContent.subTitle}}}

Les chercheurs ont utilisé l'impression 3D pour fabriquer un microscope haute résolution portable et peu coûteux, suffisamment petit et robuste pour être utilisé sur le terrain ou au chevet du patient. Les images 3D haute résolution fournies par l'instrument pourraient potentiellement être utilisées pour détecter le diabète, la drépanocytose, le paludisme et d'autres maladies.

{{{sourceTextContent.description}}}

"Ce nouveau microscope ne nécessite pas de coloration ou d'étiquettes spéciales et pourrait contribuer à améliorer l'accès à des tests de diagnostic médical peu coûteux ", a déclaré Bahram Javidi, chef de l'équipe de recherche de l'Université du Connecticut. "Cela serait particulièrement bénéfique dans les régions en développement du monde où l'accès aux soins de santé est limité et où les installations diagnostiques de haute technologie sont rares

Les chercheurs décrivent leur nouveau microscope, qui est basé sur la microscopie holographique numérique, dans la revue Optics Letters de The Optical Society (OSA). L'instrument portable produit des images 3D avec une résolution deux fois supérieure à celle de la microscopie holographique numérique traditionnelle, qui est généralement réalisée sur une table optique dans un laboratoire. En plus des applications biomédicales, il pourrait également être utile pour la recherche, la fabrication, la défense et l'éducation.

"L'ensemble du système se compose de pièces imprimées en 3D et de composants optiques courants, ce qui le rend peu coûteux et facile à reproduire ", explique Javidi. "D'autres sources laser et capteurs d'image permettraient de réduire davantage le coût, et nous estimons qu'une seule unité pourrait être reproduite pour plusieurs centaines de dollars. La production en série de l'unité réduirait aussi considérablement le coût."

Du laboratoire au terrain, prêt à l'emploi

En microscopie holographique numérique traditionnelle, un appareil photo numérique enregistre un hologramme produit par interférence entre une onde lumineuse de référence et la lumière provenant de l'échantillon. Un ordinateur convertit ensuite cet hologramme en une image 3D de l'échantillon. Bien que cette approche microscopique soit utile pour l'étude des cellules sans marqueurs ni colorants, elle nécessite généralement une installation optique complexe et un environnement stable exempt de vibrations et de fluctuations de température qui peuvent introduire du bruit dans les mesures. Pour cette raison, les microscopes holographiques numériques ne sont généralement trouvés que dans les laboratoires.

Les chercheurs ont pu augmenter la résolution de la microscopie holographique numérique au-delà de ce qui est possible avec un éclairage uniforme en la combinant avec une technique de super-résolution appelée microscopie à éclairage structuré. Pour ce faire, ils ont généré un motif lumineux structuré à l'aide d'un disque compact transparent.

"L'impression 3D du microscope nous a permis d'aligner avec précision et de façon permanente les composants optiques nécessaires à l'amélioration de la résolution tout en rendant le système très compact ", explique Javidi.

Test du nouveau microscope

Les chercheurs ont évalué la performance du système en enregistrant les images d'un graphique de résolution, puis en utilisant un algorithme pour reconstruire des images à haute résolution. Cela a montré que le nouveau système de microscopie pouvait résoudre des caractéristiques aussi petites que 0,775 micron, soit le double de la résolution des systèmes traditionnels. L'utilisation d'une source lumineuse avec des longueurs d'onde plus courtes améliorerait encore davantage la résolution.

D'autres expériences ont montré que le système était suffisamment stable pour analyser les fluctuations des cellules biologiques dans le temps, qui doivent être mesurées à l'échelle de quelques dizaines de nanomètres. Les chercheurs ont ensuite démontré l'applicabilité du dispositif pour l'imagerie biologique en acquérant une image haute résolution d'une algue verte.

"Notre conception fournit un système très stable avec une haute résolution," dit Javidi. "C'est très important pour examiner les structures et la dynamique subcellulaires, qui peuvent avoir des détails et des fluctuations remarquablement petits."

Les chercheurs affirment que le système actuel est prêt à être utilisé dans la pratique. Ils prévoient l'utiliser pour des applications biomédicales telles que l'identification cellulaire et le diagnostic des maladies et poursuivront leur collaboration avec leurs partenaires internationaux pour étudier l'identification des maladies dans les régions éloignées ayant un accès limité aux soins de santé. Ils s'efforcent également d'améliorer encore la résolution et le rapport signal/bruit du système sans augmenter le coût de l'appareil.