Si vous avez déjà regardé au microscope pour capturer les détails complexes d'une cellule, d'une minuscule fibre textile ou d'un composant microélectronique, vous avez probablement interagi avec deux des types d'objectifs les plus courants : les objectifs secs et les objectifs à immersion dans le glycérol. En tant que fournisseur d'objectifs de microscope travaillant avec des laboratoires, des instituts de recherche et des équipes industrielles depuis plus d'une décennie, j'ai pu constater par moi-même comment le choix du bon objectif peut faire ou défaire une observation. Voyons donc les principales différences, quand les utiliser et comment les objectifs de notre catalogue s'inscrivent dans ces catégories.
Tout d'abord, commençons par les bases : un objectif est le principal élément optique qui capte la lumière de l'échantillon, l'agrandit et la projette vers l'oculaire ou l'appareil photo. L'espace entre le bas de l'objectif et la surface de l'échantillon est l'endroit où les objectifs secs et les objectifs à immersion dans le glycérol divergent le plus fortement. Les objectifs secs, comme leur nom l'indique, ont de l'air qui remplit cet espace entre la lentille et l'échantillon. En revanche, les objectifs à immersion dans le glycérol utilisent un liquide (presque toujours du glycérol, bien que certaines variantes utilisent d'autres fluides) pour combler cette distance. Cette seule différence se répercute sur les performances, la conception et les cas d’utilisation d’une manière qui compte pour chaque utilisateur.
Plongeons-nous dans les performances optiques, qui sont au cœur de l'importance de ce choix d'écart. La lumière ne se déplace pas à la même vitesse à travers différents milieux et lorsqu'elle se déplace d'un matériau à un autre, elle se réfracte (se plie). Lorsque la lentille d'un objectif sec se trouve dans l'air, la majeure partie de la lumière qui frappe l'échantillon vient du dessus, mais l'air a un indice de réfraction d'environ 1,0. Le verre de l'objectif a un indice de réfraction plus élevé (environ 1,5), de sorte que lorsque la lumière passe du verre à l'air pour échantillonner, elle se plie selon un angle plus prononcé. Cela peut entraîner une perte d'ouverture numérique (NA), une mesure critique qui mesure la capacité d'un objectif à capturer la lumière de l'échantillon et qui est directement liée à la résolution. La résolution, définie par l'équation d'Abbe, est d'environ 0,61 λ/NA, où λ est la longueur d'onde de la lumière utilisée. Cela signifie qu’une NA plus élevée équivaut à des images plus claires et plus détaillées. Un objectif sec de haute puissance, par exemple, peut atteindre un NA d'environ 0,95 pour un objectif 100x, mais c'est aussi élevé que possible avec l'air.
Le glycérol, quant à lui, a un indice de réfraction d'environ 1,47, ce qui est beaucoup plus proche de l'indice du verre. Lorsque vous remplissez l’espace entre la lentille et l’échantillon avec du glycérol, la lumière se courbe beaucoup moins lorsqu’elle se déplace entre la lentille et le fluide, donc plus de lumière est capturée. Cela permet aux objectifs à immersion dans le glycérol d'atteindre des valeurs NA allant jusqu'à 1,6 pour les lentilles 100x, parfois même plus élevées pour les modèles spécialisés. Cette NA supplémentaire se traduit directement en résolution : un objectif sec 100x à NA 0,95 peut résoudre des détails aussi petits que ~ 200 nanomètres, tandis qu'un objectif à immersion 100x dans le glycérol à NA 1,4 peut résoudre environ 170 nanomètres, suffisamment pour voir de minuscules structures comme des microtubules individuels dans les cellules ou des défauts dans les semi-conducteurs à couche mince qu'une lentille sèche rendrait flous.
Cela ne se produit pas uniquement dans les objectifs haute puissance. Les objectifs de faible puissance (comme 10x ou 20x) peuvent également en bénéficier, en particulier dans les applications où même de petits gains de résolution sont importants, comme les inspections en histopathologie ou en science des matériaux. Cela dit, les objectifs à immersion dans le glycérol ne sont pas universels et leur conception comporte des compromis que les objectifs secs évitent.
Parlons ensuite de conception et d’utilisation pratique. Les objectifs secs sont beaucoup plus simples à utiliser, à entretenir et à stocker. Il n'y a aucun liquide à gérer, aucun risque de déversement ou de dessèchement, et vous pouvez passer d'un objectif sec à l'autre sans modifier la façon dont vous préparez les échantillons. Notre gamme d'objectifs secs comprend des options telles que l'objectif achromatique 185, un outil performant pour les tâches de laboratoire de routine qui s'adapte aux microscopes standards, ainsi que l'objectif achromatique à plan infini pour les applications nécessitant des images plates et sans distorsion sur tout le champ de vision. Nous proposons également l'objectif de microscope achromatique, une option économique pour les laboratoires pédagogiques et les équipes de recherche à petite échelle qui n'ont pas besoin de la NA la plus élevée, et l'objectif achromatique 195, une lentille sèche compacte idéale pour les systèmes de microscope compacts utilisés sur le terrain ou pour les diagnostics sur le lieu de soins.
En revanche, les objectifs à immersion dans le glycérol sont conçus avec des bagues d'étanchéité et des revêtements de lentilles spécialisés pour fonctionner avec ce liquide. Vous devez immerger la lentille : placez une petite goutte de glycérol sur l'échantillon, abaissez l'objectif jusqu'à ce qu'il touche la goutte et assurez-vous qu'il n'y a pas de bulles d'air coincées entre la lentille et le liquide (les bulles d'air disperseront la lumière et ruineront la qualité de l'image). Après utilisation, vous devez nettoyer soigneusement le glycérol de la lentille. Le glycérol est collant, donc s'il sèche, il peut laisser des résidus qui affectent les performances au fil du temps. Cette étape supplémentaire signifie que les objectifs à immersion dans le glycérol sont moins adaptés aux flux de travail à haut débit, comme le contrôle qualité industriel où des dizaines d'échantillons doivent être inspectés en succession rapide. Ils ne sont pas non plus compatibles avec les échantillons qui ne fonctionnent pas en immersion liquide : si votre échantillon est humide ou si vous travaillez avec des cellules vivantes qui seraient endommagées par le glycérol, un objectif sec est le seul choix viable.
Une autre différence clé est la distance de travail. La distance de travail est l'espace entre le bas de l'objectif et la surface de l'échantillon lorsque l'objectif est au point. Les objectifs secs, en particulier ceux de forte puissance, ont tendance à avoir des distances de travail plus longues. Un objectif sec 100x peut avoir une distance de travail de plusieurs millimètres, ce qui vous permet de manipuler des échantillons, d'ajouter des taches ou d'utiliser des lamelles sans risque d'écraser la lentille dans l'échantillon. Cependant, les objectifs haute puissance à immersion dans le glycérol ont des distances de travail beaucoup plus courtes, souvent inférieures à un millimètre pour les objectifs 100x. En effet, le pont de glycérol permet à la lentille de se rapprocher de l'échantillon pour capturer plus de lumière, mais cela signifie que vous devez être extrêmement prudent pour éviter de heurter l'échantillon, ce qui pourrait endommager à la fois la lentille et votre échantillon. Pour les tâches où vous devez repositionner fréquemment les échantillons ou travailler avec des échantillons inégaux, une distance de travail plus longue par rapport à un objectif sec constitue un avantage considérable.
Le contraste est un autre domaine dans lequel les deux types diffèrent, en particulier lorsqu'ils sont associés à des techniques d'imagerie spécialisées. Les objectifs secs fonctionnent bien avec le fond clair, le contraste de phase et même la fluorescence de base, mais pour les applications à contraste élevé comme le contraste interférentiel différentiel (DIC) ou la microscopie à fond noir, l'immersion dans le glycérol peut améliorer la capture de la lumière. C'est pourquoi nous proposons l'objectif à contraste élevé Infinity Plan, une lentille sèche optimisée pour l'imagerie à contraste élevé d'échantillons transparents comme les cellules non colorées, mais nous proposons également des alternatives à immersion dans le glycérol pour un contraste encore plus net en imagerie super-résolution ou confocale. Attendez, les techniques de super-résolution comme le STED (épuisement des émissions stimulées) reposent fortement sur une NA élevée, donc les objectifs à immersion dans le glycérol sont souvent la solution idéale pour ces applications, car les objectifs secs ne peuvent tout simplement pas atteindre la NA requise pour résoudre les structures inférieures à 200 nanomètres.
Abordons également les idées fausses courantes : certains utilisateurs pensent que tous les objectifs à immersion sont uniquement destinés aux objectifs 100x, mais ce n'est pas vrai. Il existe des objectifs à immersion dans le glycérol 20x et 40x pour les travaux de puissance moyenne qui offrent toujours une NA plus élevée que leurs homologues secs. Et tous les liquides ne sont pas du glycérol, mais le glycérol est le plus courant car il est non toxique, a un indice de réfraction proche de celui du verre et est relativement stable. L'huile d'immersion est une autre option, mais l'huile n'est compatible qu'avec les lamelles en verre, tandis que le glycérol fonctionne avec les lamelles en verre et en plastique, ce qui est un gros plus pour de nombreux échantillons de laboratoire modernes.
Le coût est également un facteur pratique. Les objectifs secs sont généralement moins chers que leurs équivalents à immersion dans le glycérol, notamment pour les objectifs d'entrée de gamme. Le prix de notre objectif achromatique 185 est adapté aux budgets de laboratoire serrés, ce qui le rend idéal pour les environnements éducatifs où les étudiants apprennent les bases de la microscopie. Mais si vous avez besoin de cette résolution supplémentaire pour des recherches avancées, les objectifs à immersion dans le glycérol constituent un investissement rentable. Le compromis est un débit inférieur et une manipulation plus soignée, mais les gains en qualité d'image peuvent être transformateurs pour votre travail.
Alors, quand choisir lequel ? Si vous effectuez des observations de routine, des laboratoires pédagogiques, des inspections à haut débit ou si vous travaillez avec des échantillons vivants ou des surfaces inégales, un objectif sec de notre catalogue, comme l'objectif achromatique 195, parfait pour les applications à usage général, répondra à vos besoins. Si vous examinez de minuscules structures subcellulaires, de minces films semi-conducteurs ou si vous avez besoin d'une résolution maximale pour des documents de recherche, un objectif à immersion dans le glycérol est le meilleur choix, à condition que vous soyez prêt à manipuler le liquide avec précaution.
En fin de compte, la différence entre les objectifs à sec et à immersion dans le glycérol n'est pas seulement un détail technique, c'est un choix qui a un impact sur la qualité de votre travail. En tant que fournisseur, j'ai vu des équipes perdre du temps et des ressources en choisissant le mauvais objectif. J'encourage donc toujours les clients à réfléchir d'abord à leur cas d'utilisation : quelle est la taille de l'échantillon ? De quelle résolution avez-vous besoin ? Votre échantillon peut-il supporter une immersion dans un liquide ? Si vous êtes prêt à explorer le bon objectif pour vos projets, contactez notre équipe pour discuter de vos besoins spécifiques. Nous pouvons vous aider à comparer notre gamme complète, depuis l'objectif de base pour microscope achromatique jusqu'aux objectifs spécialisés à contraste élevé et plans, pour trouver l'ajustement parfait.
Références
- Inoué, S. et Spring, KR (1997). Vidéomicroscopie : les principes fondamentaux. Presse plénière.
- Murphy, DB (2001). Fondamentaux de la microscopie optique et de l'imagerie électronique. Wiley-Liss.
- Abramowitz, M. et Stegun, IA (éd.). (1972). Manuel de fonctions mathématiques avec formules, graphiques et tableaux mathématiques. Publications de Douvres.
- Lang, W. (2007). Microscopie optique : principes et applications. Presse CRC.