Communiqué / Alerte presse
Caractériser en 3D des échantillons hydratés dans leur état natif
le 19 octobre 2026
Une méthode, développée par une équipe comportant plusieurs membres du LGL-TPE et basée sur des microscopes électroniques, permet d'acquérir rapidement des données 3D d'échantillons hydratés avec une résolution nanométrique, sans dégrader leur environnement natif. Les résultats, qui ouvrent des perspectives en biologie et science des matériaux, sont publiés dans Communications Engineering.
Pour obtenir des images en 3D en biologie, la méthode de référence est la cryotomographie électronique. Elle consiste à reconstruire un modèle tridimensionnel à partir des images 2D, réalisées sous différentes inclinaisons, d'un échantillon maintenu à des températures cryogéniques. Mais obtenir des images d'une cellule biologique ou d'un matériau dans son état natif hydraté reste un défi, car la microscopie électronique, sous vide, déshydrate l'échantillon, tandis que le faisceau d'électrons risque de le détériorer.
La méthode développée par l'équipe comble cette lacune, en réalisant une acquisition rapide et automatisée de données 3D sur un échantillon hydraté. Elle repose sur l’utilisation de microscopes électroniques à balayage et à transmission environnementaux (ESEM et ETEM), qui fonctionnent en phase liquide, et non plus sous vide. L'équipe de chercheurs a mis au point un protocole de reconstruction de modèles 3D, ainsi qu'un logiciel qui contrôle avec précision les microscopes, et un porte échantillon développé spécifiquement. Le logiciel, développé en Python, contrôle la rotation de l'échantillon tout en assurant la correction automatique de sa position. Il permet d’acquérir jusqu’à 600 images en quelques minutes, ce qui limite l'exposition au faisceau d'électrons. La dose électronique reçue par l'échantillon est gérée avec précision.
La nouvelle méthode a été validée sur deux études expérimentales. D'abord avec un hydrogel d’aluminium Al(OH)₃, adjuvant vaccinal hydraté et sensible au faisceau. Grâce à l’ESEM, son comportement lors de cycles de déshydratation-réhydratation a été observé en 3D. Avec l’ETEM, la distribution des tailles de pores a été quantifiée à l’échelle nanométrique. La microscopie ESEM a également permis l’analyse d’une bactérie AMB-1 (bactérie magnétotactique, qui produit naturellement des particules d'oxyde de fer), dans son état natif, sans fixation, coloration ni marquage. D'autres observations d’objets biologiques, par exemple la bactérie E. Coli, ont également été réalisées. Des développements en cours visent à d'améliorer la robustesse du logiciel et la précision des mouvements de la platine porte-échantillon, mais aussi à augmenter la qualité des images obtenues à l'aide d'algorithmes de débruitage.
Ces recherches ont été menées par :
- Laboratoire Matériaux ingénierie et science (MatéIS, CNRS/INSA Lyon/Lyon 1 Université)
- Centre d'imagerie multimodale (MIC, CNRS/Inserm/Institut Curie/Univ. Paris-Saclay)
- Institut de recherches sur la catalyse et l'environnement de Lyon (IRCELYON, CNRS/Lyon 1 Université)
- Laboratoire de géologie de Lyon : Terre, planètes, environnement (LGL-TPE, CNRS/ENS de Lyon/Lyon 1 Université)
