Aujourd’hui, la microscopie optique est l’une des méthodes les plus utilisées dans divers domaines multidisciplinaires pour inspecter des objets, des organismes ou des surfaces à petite échelle. Cependant, sa résolution latérale est fondamentalement limitée par la diffraction de la lumière, une contrainte qui, avec l’utilisation d’objectifs conventionnels, devient de plus en plus critique à mesure que la demande de résolutions plus élevées augmente.
L’intégration d’une microsphère diélectrique derrière la dernière lentille d’imagerie d’un microscope optique offre une solution prometteuse pour améliorer considérablement la résolution latérale, un domaine de recherche connu sous le nom de microscopie assistée par microsphère. Cependant, en pratique, l’utilisation de microsphères diélectriques disponibles dans le commerce présente des limites substantielles.
Des flux de travail fastidieux sont nécessaires pour une manipulation correcte des microsphères, et les tailles des microsphères diélectriques disponibles dans le commerce sont également limitées. Ces défis entravent l’application généralisée de la microscopie assistée par microsphères en tant qu’alternative rentable aux solutions de microscopie coûteuses, telles que la microscopie électronique à balayage ou la microscopie à force atomique.
Dans un nouveau journal publié dans Lumière : fabrication avancée, des scientifiques de l’Institut de structure électronique et de laser – Fondation pour la recherche et la technologie Hellas, de l’Université d’Helsinki et de l’Université de la Ruhr à Bochum ont développé une nouvelle stratégie pour fabriquer des microsphères de haute qualité à l’aide de l’impression 3D laser. Cette approche utilise la lithographie multiphotonique (MPL), qui permet la production sans masque de véritables structures 3D à l’échelle micro et nanométrique.
De plus, en raison de la nature non linéaire du MPL, sa précision peut être considérablement améliorée en affinant localement l’intensité du laser tout au long du processus d’impression. En combinant cette approche sophistiquée avec une stratégie avancée d’éclosion et de découpage, l’équipe a réussi à fabriquer une microsphère d’un diamètre de 20 µm, présentant une qualité géométrique presque parfaite (λ/8) et une douceur de surface exceptionnelle.
Finalement, la microsphère a été imprimée sur une lamelle recouverte d’un trou en son centre traité par ablation laser femtoseconde. La combinaison de cette lamelle modifiée et de la micro-sphère constitue un micro-dispositif 3D, permettant une manipulation flexible de la sphère et son intégration potentielle dans n’importe quel microscope optique.
Les performances de la microsphère, lorsqu’elle est incorporée au micro-dispositif 3D, ont été évaluées à l’aide d’un interféromètre à balayage de cohérence (MCSI) de type Mirau et d’une grille d’étalonnage avec un pouvoir de résolution de λ = 0,28. En conséquence, les propriétés optiques de la sphère ont dépassé les limites de résolution typiques des lentilles conventionnelles en lumière visible, tout en préservant la haute résolution axiale du MSCI.
Fabriqué en seulement 8 minutes, incluant à la fois la modification de la lamelle et la fabrication de la sphère, le micro-dispositif 3D indique clairement son applicabilité en tant que solution du monde réel. De plus, les capacités uniques du MPL permettent l’exploration de structures et de systèmes micro-optiques innovants pour améliorer encore la résolution latérale pour la microscopie optique 2D et 3D.
En regardant vers l’avenir, les scientifiques mettent en évidence les nombreuses possibilités d’utilisation du MPL dans ce domaine, en soulignant son potentiel élevé pour développer de manière rentable des dispositifs conçus sur mesure qui améliorent la résolution de n’importe quel microscope optique.
Plus d’information:
Gordon Zyla et al, micro-dispositifs 3D pour améliorer la résolution latérale en microscopie optique, Lumière : fabrication avancée (2024). DOI : 10.37188/lam.2024.019