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Microscope confocal à balayage laser

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Cet article de science fait partie de la série physique

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Le microscope confocal à balayage laser - MCBL (en anglais CLSM pour confocal laser scanning microscope) est un microscope optique qui a la propriété de réaliser des images de très faible profondeur de champ (environ 600 nm) appelées sections optiques. En positionnant le plan focal l’objectif à différents niveaux de profondeur dans l’échantillon il est possible de réaliser des séries d’images à partir desquelles on une représentation tridimensionnelle de l’objet. Le microscope confocal fonctionne en lumière réfléchie ou en fluorescence. Le principe du microscope confocal a été décrit par Marvin Minsky en 1953, mais ce n’est que dans la fin des années 80 que des modèles commerciaux sont apparus, rendant cette technique accessible à de nombreux laboratoires. La microscopie confocale est très utilisée en biologie ainsi qu’en sciences des matériaux.

Principe et caractéristiques.

En microscopie optique classique, pour qu'une image soit nette, il faut que l'objet soit dans le plan focal du système optique. Lorsqu'un objet est épais, présente un relief important, ou bien lorsqu'il est incliné par rapport à l'objectif, seule une partie de l'objet est nette dans l’image. Le principe du microscope confocal permet de résoudre ce problème, en positionnant un diaphragme devant le détecteur, dans un plan focal conjugué au plan focal de l’objectif (plans confocaux). De cette manière, seuls les photons provenant du plan focal passent le diaphragme et participent à la formation de l’image. La source lumineuse est un laser qui est balayé à l’aide de deux miroirs orthogonaux. Les détecteurs utilisés sont des tubes photo-multiplicateurs (PMT), l’intensité lumineuse est mesurée et numérisée en fonction de la position du laser dans l’échantillon : on obtient directement des images numériques. L’emploi d’une source lumineuse cohérente (laser) ainsi que la taille réduite du champ éclairé permettent d’obtenir une résolution latérale légèrement meilleure (180-160 nm) à celle attendue pour un microscope optique conventionnel (200 nm). La résolution en Z (profondeur) est de l’ordre de 600 nm en microscopie confocale.
Les lasers utilisés le plus fréquement sont les suivants :

• Argon-ion (457nm, 488nm, 514nm)
• Hélium-Néon (543nm)
• Hélium-Néon (633nm)

Le positionnement de l’image dans la profondeur de l’échantillon est généralement obtenue en déplaçant en Z l’objectif à l’aide d’un cristal piezzo-électrique par pas successifs de 200-300nm.

Autres techniques apparentées

• Microscopie de fluorescence par excitation multiphotonique : technique très similaire à la microscopie confocale à balayage laser elle emploi les même composants. La faible profondeur de champ est obtenue en n’excitant la fluorescence que dans un volume restreint par excitation multiphotonique à l’aide de lasers pulsés. La totalité de la fluorescence arrive au niveau du détecteur, il n’y a plus de diaphragme confocal . On ne peut donc plus parler de microscopie confocale, bien qu’on emploie quelquefois le terme de microscopie confocale multiphotonique de manière abusive.
• Microscope à fluorescence par excitation multiphotonique multifocale : idem précédente mais le faisceau laser est divisé en plusieurs faisceaux ce qui permet de balayer simultanément plusieurs spots. Ceci permet de diminuer le temps d’acquisition des images.
• Microscope à fluorescence par réflexion totale interne (TIRFM) : permet d’obtenir une meilleure profondeur de champ (200 nm) que la microscopie confocale (600 nm), mais uniquement à la base de l’échantillon (plus précisément au niveau de l’interface échantillon/support).
• Microscope confocal à disque rotatif (ou disque de Nipkow).
• Microscope confocal spectral.
• Spectroscopie par corrélation de fluorescence

Lien externe

microscope confocal virtuel (en anglais) Microscopie de fluorescence par excitation multiphotonique (en anglais)