Cherchant à élargir les possibilités offertes par l’éclairage programmable, un groupe de chercheurs de l’Université du Connecticut a développé une stratégie de construction et d’étalonnage d’illuminateurs de forme libre offrant une plus grande flexibilité pour la microscopie computationnelle. Leur méthode d’étalonnage utilise un capteur enduit de sang pour la reconstruction des positions de la source lumineuse.
Ils ont démontré l’utilisation d’illuminateurs de forme libre calibrés pour la microscopie ptychographique de Fourier, l’imagerie tomographique 3D et la microscopie sur puce et ont utilisé un illuminateur de forme libre calibré dans une expérience pour suivre la croissance bactérienne.
La recherche du groupe a été publiée le 20 février dans Informatique intelligente.
De nouvelles possibilités de configuration expérimentale utilisant un éclairage de forme libre permettent non seulement plus de flexibilité, mais également une plus grande efficacité : « Avec cette plate-forme, nous pouvons commencer à faire passer les expériences basées sur des boîtes de Pétri du processus traditionnel à forte intensité de main-d’œuvre à un processus automatisé et rationalisé », le états de document de recherche.
Les sources de lumière programmables simplifient le travail d’éclairage des échantillons dans différents types de contextes de microscopie, mais les réseaux programmables conventionnels consistent en une grille plate et fixe de lumières individuelles. Un réseau composé de lumières pouvant être placées n’importe où en trois dimensions offre aux expérimentateurs la possibilité de réduire la taille de l’illuminateur, de placer les lumières plus près de l’échantillon, d’augmenter la densité des lumières et d’ajuster l’angle d’éclairage en fonction de leurs exigences spécifiques.
L’éclairage de forme libre peut être encore amélioré à l’avenir avec de meilleures méthodes d’étalonnage, des arrangements d’éclairage plus denses, des lumières avec une plus grande diversité de longueurs d’onde et des estimations de position ajustées.
Les auteurs ont conçu et construit quatre illuminateurs de forme libre différents : une surface plane inclinée, une pyramide triangulaire, un dôme et une bande de Mobius. L’illuminateur pyramidal présentait plusieurs avantages. Il était incliné vers l’échantillon, il avait le plus grand nombre de lumières au point le plus éloigné de l’échantillon et il pouvait être placé très près de l’échantillon pour fournir une lumière efficace.
Les auteurs ont calibré les illuminateurs à l’aide d’un capteur recouvert de sang. Le revêtement du capteur avec une couche mince mais dense de particules a permis aux auteurs de calculer la position de chaque élément d’éclairage à l’aide du lancer de rayons. L’avantage d’utiliser du sang humain d’une piqûre au doigt est qu’aucun outil sophistiqué ou coûteux n’est nécessaire. Cependant, d’autres substances aux propriétés similaires peuvent être utilisées à sa place. Les auteurs ont vérifié leur méthode d’étalonnage, constatant que les positions récupérées correspondaient aux positions réelles avec seulement de petits écarts.
Les auteurs ont démontré l’utilisation de leurs illuminateurs de forme libre dans plusieurs expériences. Les quatre illuminateurs ont été utilisés avec succès pour la microscopie ptychographique de Fourier, une technique de microscopie computationnelle qui combine différentes images produites avec un éclairage à des angles variables.
L’illuminateur pyramidal a été utilisé pour capturer des images séparées éclairées par une lumière rouge, verte et bleue qui ont été combinées pour créer une image en couleur. Il a également été utilisé pour la tomographie 3D, une technique qui construit une image 3D en empilant des images en coupe transversale d’un échantillon 3D.
L’illuminateur pyramidal a été utilisé pour la microscopie sur puce, une configuration où l’échantillon repose directement sur le capteur, tout comme le frottis sanguin lors de l’étape d’étalonnage. La combinaison des images produites avec des lumières séparées dans l’illuminateur de forme libre donne une image finale avec une résolution plus élevée que n’importe laquelle des images brutes seules, c’est pourquoi cette technique est appelée microscopie à super-résolution. Une expérience a produit une image fixe de cellules sanguines et une autre a produit une série accélérée de la croissance d’une colonie de bactéries E. Coli sur un bloc de gélose.
Guoan Zheng a conçu l’idée et conçu les expériences. Pengming Song et Tianbo Wang ont mené les expériences. Leurs co-auteurs sur cet article sont Shaowei Jiang, Chengfei Guo, Ruihai Wang, Liming Yang et You Zhou.
Plus d’information:
Pengming Song et al, Illuminateur de forme libre pour la microscopie computationnelle, Informatique intelligente (2023). DOI : 10.34133/icomputing.0015
Fourni par l’informatique intelligente