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Une étrange lentille en Plexiglas pour une microscopie en 3D

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Des ingénieurs de l'Ohio State University montrent comment tailler dans un bloc de Plexiglas une lentille unique permettant de prendre des prises de vue en 3D au microscope. Obtenues dans le visible, les images doivent cependant être traitées à l'ordinateur. Cette nouvelle technique d'imagerie microscopique 3D devrait conduire à des dispositifs plus petits et moins complexes.

De gauche à droite, Lei Li et Allen Yi inspectant la lentille qu'ils viennent d'inventer. © Kevin Fitzsimons, Ohio State University

Ce n'est pas la première fois que l'on est capable de prendre des images en 3D dans le micromonde. Mais jusqu'à présent, il fallait des lentilles multiples ou des caméras se déplaçant autour de l'objet à imager dans le visible pour obtenir les résultats cherchés.

Deux ingénieurs de l'Université de l'Ohio, Allen Yi, professeur associé d'ingénierie des systèmes intégrés et Lei Li, post-doc dans cette même université, viennent de dépasser ces obstacles. 

Une vue de la lentille en Plexiglas taillée par les ingénieurs. © Ohio State University

Une lentille en méthacrylate de méthyle

Pour cela, ils ont programmé une machine pilotée par ordinateur pour tailler une lentille bien particulière avec une lame diamantée. Le bloc dans lequel la lentille a été taillée est constitué d'une matière thermoplastique. Il s'agit donc d'une matière qui se ramollit d'une façon répétée lorsqu'elle est chauffée au-dessus d'une certaine température, mais qui, au-dessous, redevient dure. Une telle matière conservera donc toujours de manière réversible sa thermoplasticité initiale.

Il s'agit plus précisément de polyméthacrylate de méthyle (souvent abrégé en PMMA, de l'anglais polymethyl methacrylate), un thermoplastique transparent dont le monomère est le méthacrylate de méthyle (MAM). Ce polymère est bien plus connu sous son nom commercial de Plexiglas.

Un foret observé avec la nouvelle lentille : on devine plusieurs images. © Ohio State University

La lentille elle-même est constituée de neuf facettes obtenues en découpant des morceaux de Plexiglas tous les 10 nanomètres. Ces facettes ne sont pas identiques et diffèrent les unes des autres d'une façon imperceptible à l'œil nu.

Chacune de ces zones se comporte comme une petite lentille et on obtient neuf images de l'objet à imager sous différents angles, ce qui permet ensuite, à l'aide d'un ordinateur, de reconstituer une image en trois dimensions.


Images d'insectes prises avec un microscope 3D, le Hirox KH-7700. © Hirox, YouTube

La nouvelle lentille devrait permettre de créer des microscopes plus petits et moins encombrants qui seront utiles dans le domaine de la microélectronique et de la médecine, lorsqu'il faut réaliser de tout petits assemblages d'éléments. C'est par exemple le cas lorsque l'on cherche à réduire la taille de dispositifs destinés à analyser des échantillons de fluides.

Les deux ingénieurs envisagent de développer plus avant leur idée pour la proposer à l'industrie. On disposera alors de l'équivalent des microscopes numériques 3D existant déjà, comme ceux de Hirox.

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