Microscopie optique et grossissement

La microscopie optique utilise la lumière visible et un système de lentilles pour produire une image agrandie d'un échantillon, et constitue le moyen le plus ancien et le plus largement employé pour examiner les cellules et les tissus. Le grossissement agrandit l'image, mais le détail utile est déterminé par la résolution, que la nature ondulatoire de la lumière limite approximativement à l'échelle de la longueur d'onde de la lumière utilisée.

Definition

La microscopie optique est une technique de microscopie dans laquelle la lumière visible traversant ou réfléchie par un échantillon est focalisée par des lentilles pour former une image agrandie ; le grossissement est le facteur par lequel l'image est agrandie, tandis que la résolution est la plus petite séparation à laquelle deux points restent distinguables.

Scope

Cet article aborde la manière dont un microscope composé forme une image agrandie, la distinction entre le grossissement et la résolution, la limite de diffraction qui plafonne le pouvoir de résolution, et les modes de contraste courants pour l'observation de cellules largement transparentes. Il considère la microscopie optique comme une méthode d'imagerie fondamentale et non comme une instruction clinique.

Core questions

• Quelle est la différence entre le grossissement et la résolution ?
• Pourquoi la longueur d'onde de la lumière impose-t-elle une limite au pouvoir de résolution ?
• Comment le contraste est-il obtenu à partir de cellules vivantes presque transparentes ?
• Quand l'augmentation du grossissement cesse-t-elle d'ajouter des détails utiles ?

Key concepts

• Grossissement
• Résolution et limite de diffraction
• Ouverture numérique
• Fond clair, contraste de phase et contraste interférentiel différentiel
• Grossissement vide
• Coloration pour le contraste

Mechanisms

Un microscope composé utilise un objectif et un oculaire pour agrandir l'image d'un échantillon, mais le détail qui peut être résolu dépend de la diffraction : comme formalisé dans la théorie de la formation d'images d'Abbe au XIXe siècle, le pouvoir de résolution s'améliore avec une longueur d'onde plus courte et une ouverture numérique plus grande, ainsi, les microscopes à lumière visible ne peuvent pas résoudre des caractéristiques bien en dessous de quelques centaines de nanomètres. Agrandir au-delà de ce que la résolution permet produit un grossissement vide — une image plus grande mais pas plus détaillée. Étant donné que les cellules sont largement transparentes, le contraste est généré par la coloration ou par des méthodes optiques telles que le contraste de phase et le contraste interférentiel différentiel qui convertissent les différences d'indice de réfraction en différences d'intensité visibles.

Clinical relevance

La microscopie optique est essentielle en histologie, cytologie, hématologie et microbiologie, où des échantillons colorés sont examinés pour des caractéristiques diagnostiques. Cet article explique les principes optiques sous-jacents à de telles images et a une visée pédagogique et de référence, et non de base pour des décisions diagnostiques ou thérapeutiques individuelles.

History

Les microscopes optiques composés ont révélé les cellules à partir du XVIIe siècle, mais une compréhension quantitative de leurs limites est apparue avec la théorie de la diffraction d'Abbe en 1873, qui a lié le pouvoir de résolution à la longueur d'onde et à l'ouverture numérique et a expliqué pourquoi la microscopie optique ne peut pas résoudre des détails arbitrairement petits. Cette barrière de diffraction a encadré la microscopie pendant plus d'un siècle et a motivé à la fois la microscopie électronique et, plus tard, les méthodes de fluorescence à super-résolution.

Key figures

• Ernst Abbe
• Douglas Murphy

Seminal works

• abbe-1873
• murphy-2012

Frequently asked questions

Un grossissement plus élevé est-il toujours préférable ?

Non. Le grossissement ne fait qu'agrandir l'image ; au-delà de la limite fixée par la résolution, il produit un grossissement vide, une image plus grande mais pas plus détaillée.

Pourquoi un microscope optique ne peut-il pas résoudre de très petites structures ?

En raison de la diffraction, le pouvoir de résolution d'un microscope optique est limité par la longueur d'onde de la lumière visible et l'ouverture numérique de l'objectif, ce qui restreint les détails à environ quelques centaines de nanomètres.