Première superlentille biologique créée à l'aide de soie d'araignée

En 1873, le physicien allemand Ernst Abbe a découvert une limite fondamentale dans les performances des systèmes d'imagerie tels que les microscopes ou les objectifs de caméra. Ces systèmes ne peuvent tout simplement pas résoudre les caractéristiques inférieures à une taille critique déterminée par la longueur d'onde de la lumière.

Pour la lumière visible, cette limite de résolution est d'environ 200 nanomètres ; rien de plus petit ne peut être résolu. Cela inclut les virus, les caractéristiques à l'intérieur des cellules telles que les microtubules et les molécules d'ADN, même les rainures d'un disque DVD Blu-ray standard.

Mais ces dernières années, les physiciens ont découvert un moyen de contourner la limite d'Abbe. Chaque fois que la lumière rebondit sur un objet, elle se diffracte et interfère, entraînant la perte de tous les détails fins. Pour la lumière visible, ce processus a lieu dans les premiers nanomètres de la surface.

Le moyen de contourner la limite d'Abbe est d'enregistrer le motif de la lumière réfléchie avant qu'il n'interfère. Cette lumière dite en champ proche, ou évanescente, contient tous les détails fins. L'astuce consiste à trouver un moyen de transmettre cette lumière en champ proche au-delà de sa portée habituelle.

Et c'est exactement ce que les physiciens ont fait. Ils ont découvert diverses substances exotiques capables de transmettre la lumière en champ proche. Placez l'un d'entre eux en contact avec la surface à imager et il peut transmettre la lumière à un système d'imagerie conventionnel. Un tel matériau est connu sous le nom de superlentille.

Ces superlentilles sont évidemment petites mais aussi souvent délicates et délicates à réaliser. De plus, ils ont tendance à ne fonctionner qu'à des fréquences de lumière spécifiques. Trouver de nouveaux modèles robustes qui fonctionnent avec la lumière blanche est donc une tâche importante.

Aujourd'hui, James Monks et ses amis de l'Université de Bangor au Pays de Galles montrent que la soie d'araignée est capable de résoudre des détails en lumière blanche plus petits que la limite de résolution d'Abbe. Leur travail est la première démonstration d'une superlentille biologique.

La technique est simple. L'équipe commence par la soie filée par la Nephila edulis, une grande araignée mieux connue sous le nom de Australian Golden Orb Weaver. Cela produit de la soie d'environ 6 800 nanomètres de diamètre qu'elle tisse en une toile d'environ un mètre de diamètre.

La soie est transparente et de structure cylindrique, une forme qui lui permet de focaliser la lumière. Et parce qu'il est minuscule, il fait la mise au point à l'échelle du nanomètre qui correspond à celle de la lumière en champ proche.

Les moines et co posent simplement un brin de cette soie d'araignée sur un disque DVD Blu-ray, l'éclairent avec une lumière blanche et le photographient à travers un objectif de microscope standard 100x.

La surface de ce disque est constituée de canaux de 200 nanomètres de large, séparés chacun par une distance de 100 nanomètres.

C'est plus petit qu'un microscope optique ne peut habituellement résoudre en utilisant la lumière blanche. Ainsi, tout détail montrant ces canaux est une preuve claire que la soie d'araignée agit comme une super lentille.

Les images montrent exactement ces détails. Cela fournit la preuve de la capacité de super-résolution de la soie d'araignée à surmonter la limite de diffraction optique, disent Monks and co. Il s'agit du premier système biologique de superlentilles qui a réussi à surmonter la limite de diffraction.

C'est un travail intéressant, notamment parce que la soie d'araignée est facile à trouver, merveilleusement flexible et extrêmement robuste. Cela signifie qu'il pourrait être utilisé dans un large éventail de situations.

Les moines et co suggèrent de faire passer la soie d'avant en arrière pour créer un tableau bidimensionnel, qui pourrait être encapsulé dans un support transparent tel qu'une bande quelconque. Cela pourrait ensuite être placé sur n'importe quel échantillon qui doit être résolu.

Il est clair que les superlentilles biologiques ont un potentiel important pour l'avenir.

Réf : arxiv.org/abs/1604.08119 : Spider Silk : la super lentille biologique de Mère Nature

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