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 Thématiques Microscopie quantitative de phase

Microscopie quantitative de phase

Principal investigator: Guillaume Baffou

 

L’imagerie de la phase de la lumière, et pas seulement de son intensité, relève du domaine de l’imagerie de phase quantitative (QPI) [26]. Les techniques de QPI sont traditionnellement utilisées en microscopie pour mesurer des propriétés spécifiques d’échantillons semi-transparents, sans aucun marquage.

La QPI que nous utilisons est une technique d’imagerie de front d’onde appelée Interférométrie à décalage quadrilatéral (QLSI, Quadriwave Lateral Shearing Interferometry) [16,21]. Elle a été inventée et brevetée en 2000 par Jérôme Primot (ONERA) [Appl. Optics 39, 5715 (2000)]. Elle consiste en l’utilisation d’un réseau bidimensionnel (2D) placé à une distance millimétrique d’une caméra classique. Le QLSI peut atteindre la limite de diffraction, est achromatique, et est donc compatible avec les voies d’illumination en lumière blanche des microscopes optiques en champ large.

Dispositif expérimental QLSI conçu à l’institut Fresnel.

 

En 2009, l’Institut Fresnel a été pionnier dans l’utilisation du QLSI en microscopie, en particulier pour l’observation de cellules vivantes en culture [Opt. Express 17, 13080 (2009)]. Par la suite, nous avons appelé l’implémentation de la QLSI en microscopie : cross-grating wavefront microscopy (CGM) [21]. Depuis lors, notre groupe a étendu les applications de la CGM en nanophotonique et en biologie. Nous avons notamment démontré la capacité de la CGM à caractériser des nanoparticules [12,14], des matériaux bidimensionnels (2D) [10], des métasurfaces [15], des profils de température à l’échelle microscopique [1—9,11,13,17], la vitesse de croissance de bactéries uniques [19], ainsi que le transport de masse dans les neurites de neurones en culture [20].

La figure ci-dessous illustre les différents objets d’intérêt qui ont été étudiés grâce à la CGM.

 

Différent objets imagés par CGM à l’institut Fresnel.

 

Nous consacrons également une grande partie de nos activités à des simulations numériques, en particulier pour réaliser des expériences in silico de toutes une gamme de microscopies de phase [18,26].

Nous utilisons actuellement de manière active la CGM pour des applications en bio-imagerie (neurones, micro-organismes) et en nanophotonique (nanoparticules, métasurfaces, matériaux 2D, biocapteurs, microfluidique). Nous partageons en général tous nos codes Matlab. En particulier, notre toolbox PhaseLAB (~100 000 lignes de code), destinée à traiter les images QLSI, est disponible sur Github.

 

Vidéos de cellules en culture (U2OS) obtenue par CGM.

 

Vidéo de neurones en culture obtenue par CGM.

 

 

Financial support:

 

  

  

References:

2025

  • [27] Surface modifications induced by the laser ablation of surface-bound microparticles at low to moderate fluence level in the ultraviolet
    Alexandre Beaudier, Baptiste Marthy, Charles Bouyer, Romain Parreault, Guillaume Baffou, Jerome Neauport
    Optics Express , accepted (2025)

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