Projet ANR-11-JS10-0003 – OSIRIS : Optical-Scanning Isotropic-Resolution Imaging System
Programme : JCJC - SIMI 10 - Nanosciences (JCJC SIMI 10) 2011
Année de financement : 2011
Coordinateur du projet : Monsieur Bertrand SIMON (Laboratoire Modélisation Intelligence processus et Systèmes)
Partenaires : Pôle de Formation et de Recherche Mips (Mathématiques, Informatique, Physique, Structures et Systèmes)
Montant : 232155.0 euros
Date de début : 2011
Durée : 36 mois
Résumé : Grâce à ses propriétés uniques dans le domaine de l'imagerie de spécimen vivants, en 3-D et sur de longues périodes, le microscope
optique en transmission est un instrument de choix pour les biologistes. Ainsi, durant ces dernières années, des efforts
considérables ont été réalisés afin d'inventer de nouvelles techniques permettant notamment l'amélioration de la résolution et de la vitesse
d'acquisition.  Une limitation essentielle de la microscopie optique en transmission tient au fait que la résolution de l'instrument n'est
pas isotrope, ce qui limite la qualité des images obtenues pour de petits spécimens 3-D.
De nombreuses approches ont été proposées afin d'obtenir une résolution isotrope. Parmi celles-ci, on trouvera la microscopie STED
ou l'illumination 3-D structurée, et certaines sont déjà disponibles dans le commerce.  Cependant, si les configurations actuellement
disponibles offrent une meilleure résolution en 2-D (STED, PALM/STORM) ou en 3-D (illumination structurée), aucune ne propose une résolution
à la fois améliorée et isotrope.
En effet il n'existe pas encore de version commerciale du STED 3-D, et les techniques d'illumination structurée ou de PALM/STORM, même si
elles proposent des résolutions inégalées, exigent de s'encombrer d'un montage à double objectif afin de fournir une résolution isotrope.
Pour les spécimens ne nécessitant pas une imagerie d'une résolution de l'ordre de la dizaine de nanomètres (comme dans les cas du STED ou du
PALM/STORM) et pour lesquels l'isotropie de la résolution est importante, nous proposons d'étudier une approche alternative qui
consiste à combiner une micromanipulation du spécimen et des traitements d'images adaptés, délivrant une résolution isotrope 3-D
inférieure à la centaine de nanomètres.
Cette technique peut-être appliquée à la microscopie en fluorescence ou à la microscopie tomographique diffractive, une approche développée
récemment et qui produit une imagerie 3-D de spécimens non marqués. Les méthodes proposées pourraient s'appliquer facilement à des spécimens libres comme des cellules sanguines, pollens, diatomées ou radiolaires, de petits organismes comme c-elegans ; ou des objets artificiels comme des micro-aiguilles, fibres optiques microstructurées, microbilles de calibration, microgouttelettes, microcristaux, micro et nanofibres, particules résiduelles de combustion, et tout les micro- ou nano- objets, transparents ou fluorescents artificiels.
La technique proposée associe la rotation du spécimen avec des algorithmes de reconstruction spécifiques afin de combiner des vues
multiples du même objet dans une image à résolution isotrope augmentée. Le but est d'obtenir une résolution isotrope de l'ordre de
100 nm en 3-D par un procédé de synthèse d'ouverture: ce dernier utilise une lumière cohérente dans le cas des spécimens transparents
et une déconvolution multinoyaux dans le cas des spécimens fluorescents. Le dispositif de rotation de spécimen étant commun aux
deux modes d'imagerie, la formation d'images multimodales sous le même microscope sera donc réalisable avec le dispositif proposé.