Sources lasers en microscopie optique pour les sciences de la vie

La microscopie optique est une méthode d’observation incontournable dans de nombreuses disciplines des sciences de la vie. Cette technique d’imagerie est la seule proposant un protocole peu invasif mettant en jeu des interactions lumière-matière, qui minimisent les risques d’endommagement ou de destruction de la cible imagée, tout en cumulant des performances de résolution subcellulaire. Elle s’inscrit donc parmi les techniques essentielles dans de nombreuses disciplines des sciences de la vie, pour aller observer des phénomènes biologiques dynamiques ou des structures vivantes aux échelles toujours plus petites. Dans certains cas, les méthodes permettant d’atteindre les échelles nanométriques comme la microscopie électronique ou bien la microscopie à force atomique sont irremplaçables pour l’imagerie du vivant ; ce sujet représentant la limite du présent thème ne sera pas abordé ici. Dans la suite de cet article, les termes de microscopie ou microscopie optique seront employés de façon équivalente.

Quatre entreprises se partagent principalement le marché de la microscopie optique pour les sciences du vivant : Olympus, Nikon, Leica et Zeiss. Les systèmes de microscopie proposés à la vente incluent le plus souvent les dernières avancées technologiques de microscopie, qui concernent principalement les sources d’excitation, les systèmes de détection et d’acquisition ou de traitement des images ou encore les systèmes de balayage. Des solutions adaptées à un besoin spécifique peuvent aussi être proposées. C’est par exemple le cas pour certaines méthodes de microscopie optique super-résolues.

Dans ce contexte, où le besoin se révèle en même temps que les avancées technologiques apparaissent, l’importance des sources lasers d’excitation en microscopie optique a pris une nouvelle dimension depuis les années 2000. Le présent article propose d’abord un état des lieux des méthodes de microscopie optique actuellement utilisées en routine, notamment dans les laboratoires de biologie et par les plateformes d’imagerie du vivant. Il s’agit ensuite de faire un lien entre le besoin en microscopie optique pour les sciences de la vie et les innovations laser récentes. En effet, les concepts de physique impliqués dans ces innovations peuvent reposer sur des principes parfois sophistiqués, pas toujours simples à conceptualiser expérimentalement dans le contexte du besoin applicatif de microscopie pour les sciences de la vie. Ainsi, les processus optiques impliqués dans ces méthodes de microscopie sont présentés théoriquement. Enfin, le rôle et l’importance de certains paramètres physiques des sources lasers pour optimiser les processus impliqués en MMP pour les sciences du vivant sont détaillés. Une liste non exhaustive des sources lasers ayant été spécialement développées pour des applications à la MMP conclut cet article qui propose également le portrait-robot d’une source laser idéale pour la microscopie pour les sciences de la vie.

Le lecteur trouvera en fin d’article un glossaire et un tableau des symboles utilisés.