microscopie optique : petits échantillons, grand potentiel

Microscopie optique : définition

Depuis la nuit des temps, les Hommes cherchent à améliorer les sens et les capacités dont ils sont naturellement dotés : se déplacer plus vite, communiquer à distance ou encore voir plus loin ou plus proche. Les premiers microscopes ont été pensés au 16^e siècle, avec cette idée de pouvoir examiner (scopie) ce qui est petit (micro). La microscopie optique repose sur l’envoi d’un faisceau de photons, qui interagit avec l’objet à analyser, puis est ensuite recueilli par un élément détecteur. Il peut s’agir de l’œil, d’une caméra ou d’un photodétecteur.

Ses usages sont très variés ; on retrouve cette technologie dans le médical (analyse de tissus malades), dans la biologie (étude d’interactions enzymatiques, protéiques, …), dans les semi-conducteurs (contrôle qualité de wafer de silicium ou de composants), les micro-mécanismes, etc. Ouvrant de nouvelles perspectives, la microscopie optique est devenue un outil très important pour de nombreux secteurs, car elle permet de voir ce que l’œil nu ne peut déceler, et ainsi automatiser et fiabiliser les analyses. Ainsi, la microscopie permet aux soignants d’effectuer des diagnostics plus précis, aux industriels de mieux contrôler l’homogénéité de leurs produits et aux scientifiques d’accroître leur niveau de connaissance sur les matériaux ou les réactions chimiques. Très utilisée, la microscopie demande néanmoins un haut niveau d’expertise pour être correctement conçue et efficacement intégrée dans les équipements techniques.

Une expertise : concevoir des équipements de microscopie optique sur-mesure

Spécialiste de l’ingénierie optique, Evosens conçoit pour ses clients des équipements sur-mesure comportant une composante optique centrale. Pour les projets intégrant de la microscopie optique, les experts de l’équipe d’Evosens sont en mesure de paramétrer de nombreux aspects, pour réaliser un équipement 100% sur-mesure. Les ingénieurs et chercheurs d’Evosens interviennent notamment sur :

• Le dimensionnement de l’éclairage de l’échantillon (illumination)
• L’observation de l’échantillon (communément appelée imagerie ou vision)

Différentes techniques sont mobilisées  :

• L’utilisation ou non de lumière polarisée, qui permet de mettre en évidence des différences dans la nature du matériau analysé. La lumière polarisée est notamment utilisée pour l’analyse des cristaux liquides.
• Les phénomènes interférométriques permettent de comparer un échantillon à un témoin. Le système analyse en effet les différences en termes d’indice et d’épaisseur du faisceau envoyé vers l’échantillon avec le témoin. Ce système est utilisé pour réaliser de la topographie de surface (contrôle qualité de semi-conducteurs) ou le suivi de réactions enzymatiques.
• La direction du faisceau, qui peut varier selon les types d’échantillon et de supports à analyser. En réflexion, le faisceau rebondit sur l’échantillon avant d’être recueilli par le récepteur, alors qu’en transmission, il traverse l’échantillon.
• La fluorescence consiste à exciter des molécules (fluorochrome) à une certaine longueur d’onde, et à analyser la lumière ré-émise à une longueur d’onde différente, spécifique à cette molécule. Cette technique permet donc de détecter de façon spécifique des composants.

Par ailleurs, l’ingénierie optique déployée dans la conception de l’équipement doit veiller à ce que les fonctionnalités se combinent avec le type d’échantillon, qui peut être unique ou multiple. Dans le cas d’échantillons multiples, le champ analysé peut-être plus grand, et nécessiter un balayage automatisé de la surface.

Enfin, les données recueillies (on parle d’images microscopiques) sont ensuite analysées par un équipement spécifique, conçu par le client ou par Evosens. Spécialiste de l’optique, de la mécanique, de l’informatique et de l’électronique, les experts d’Evosens sont en mesure de concevoir des équipements complets ou limités à une partie spécifique, selon les besoins des clients.

Microscopie optique : les projets développés par Evosens

L’équipe d’Evosens est intervenue à de multiples reprises sur des projets intégrant de la microscopie optique :

Conception optique et optomécanique

Evosens a ainsi réalisé pour un client spécialisé en biotechnologies un microscope combinant 3 modes d’analyse : champ clair, polarisation et contraste interférentiel différentiel. Grâce à la microscopie optique, cet équipement permet de réaliser un suivi d’interactions moléculaires en temps réel, dans le cadre d’applications de diagnostic in vitro. L’intervention d’Evosens a notamment porté sur la simulation optique, le design, le prototypage de l’équipement et sa production en petite série.

Microscope inversé en réflexion : observation en champ clair, polarisation croisée
et DIC (Contrast différentiel : Differential Inteference contrast)

Bras d’illumination type Köhler

Grâce à ce système de microscopie optique il est par exemple possible d’étudier la façon dont les cellules adhérent à des motifs spécifiques et en prennent la forme, au moyen d’une protéine, la fibronectine (4 nm d’épaisseur).

Conception et fabrication d’un éclairage spécifique compact (Champ proche compact)

Evosens a conçu et réalisé un dispositif d’éclairage compact (champ proche compact) solidaire de l’objectif du microscope. Ce système d’éclairage, monté sur un objectif de grossissement 20x, comprend également un contrôle d’uniformité. Grâce à cet éclairage, des poussières sont par exemple rendues visibles sur une surface réflechissante, alors qu’elles ne l’étaient pas avec un éclairage conventionnel à saturation.

Vue de l’éclairage directement monté sur un Objectif 20x avec contrôle de son uniformité

Observation d’un miroir avec un tel éclairage (seules les poussières sont visibles,
non visibles avec un éclairage conventionnel saturation)

Assemblage et mise au point de systèmes

L’équipe des techniciens d’Evosens intervient également sur l’assemblage, le réglage et la mise au point de nombreux systèmes comportant de la microscopie.

Banc de réglage de tête microscopique en salle blanche

Prémontage d’une série