Inventés il y a plus d'un siècle, les microscopes à fluorescence sont des outils essentiels en biologie et en médecine. Depuis les années 1990, ces instruments sont capables de détecter des molécules individuelles, une avancée reconnue par le prix Nobel en 2014. A ce niveau de sensibilité, les scientifiques sont à même d'observer le comportement de chaque molécule et de comprendre les processus vitaux au niveau le plus fondamental.

En médecine, la microscopie à fluorescence a permis des avancées telles que la détection précoce des maladies et le développement de médicaments. Elle est également largement utilisée en biologie, chimie, physique, nanotechnologie et biotechnologie. Néanmoins, les microscopes à fluorescence utilisés dans les laboratoires de recherche et de diagnostic ont leurs inconvénients: ils sont généralement lourds, encombrants, coûteux et nécessitent des utilisateurs et utilisatrices formé·e·s.

Diagnostic hors des laboratoires
Pour rendre les microscopes à fluorescence plus largement accessibles, Guillermo Acuna, professeur au Département de physique de l'Université, a choisi d'exploiter la puissance des smartphones. «Ces appareils présentent un certain nombre d’avantages, explique-t-il, ils sont produits en masse, et donc relativement peu coûteux, disposent d'excellents capteurs d'image ainsi que de solides capacités de traitement des données.»

Ces qualités expliquent que les smartphones soient déjà associés à des applications médicales pour la surveillance de la santé ou utilisés pour des tests rapides sur le terrain. Grâce à eux, le personnel médical peut établir des diagnostics de qualité dans des zones reculées ou mal desservies, loin des laboratoires.

Acuité toujours plus grande
Les microscopes à fluorescence compatibles avec les smartphones existent depuis une décennie. Leur sensibilité s'est régulièrement améliorée mais, jusqu'à présent, ils n’étaient pas capables de détecter des molécules individuelles. Pour «corriger cette myopie», une équipe de chercheurs·euses dirigée par le professeur Acuna a développé un concept reposant sur une nouvelle méthode d'excitation laser et sur l'utilisation des données brutes du capteur de l'appareil photo du smartphone. «Par ce moyen, nous avons pu localiser avec précision des molécules individuelles à 86 nanomètres près (mille fois plus petit que la taille d'un cheveu, 0,000086 mm)», explique le Dr Mariano Barella. Ceci est important car les utilisateurs·trices peuvent ainsi détecter des molécules individuelles de manière plus fiable et créer des images plus nettes de structures cellulaires, de bactéries et de virus, par exemple.

Ultra portabilité
Ses concepteurs ont réussi à rendre leur microscope à fluorescence extrêmement portable, pesant seulement 1,2 kg avec un volume plus petit qu'une boîte à chaussures. Il s'agit d'une unité autonome facile à utiliser, alimentée par une batterie externe, qui peut être connectée à n'importe quel smartphone équipé d'un appareil photo. L’appareil est construit avec des composants coûtant moins de 350 €, soit bien moins que les microscopes à fluorescence traditionnels, qui peuvent atteindre des centaines de milliers d'euros.

Nombreuses applications
Les chercheurs·euses fribourgeois·es estiment que leur microscope à fluorescence pourrait également être utilisé pour analyser des cellules cancéreuses, examiner des échantillons de tissus frais ou détecter des substances dangereuses dans l'environnement. Ces tests pourraient être effectués n'importe où, même sans infrastructure médicale, avec les résultats transmis à des serveurs distants et analysés par des professionnel·le·s de la santé ou à l'aide d'outils tels que l'intelligence artificielle. Selon les scientifiques, cela pourrait transformer les diagnostics en les rendant plus rapides, plus fiables et plus largement accessibles, tout en contribuant à la prévention des maladies. «Pour ne donner qu'un exemple, illustre Morgane Lorétan, chercheuse qui a effectué son doctorat dans le groupe Acuna, notre appareil pourrait permettre à un médecin de déterminer rapidement si les symptômes d'un·e patient·e sont causés par une bactérie ou un virus, ce qui éviterait d’utiliser des antibiotiques à mauvais escient.»

Cette recherche a déjà été reconnue par le prix du Défi Innovation 2023 de la Haute Ecole de Gestion de Fribourg. Les résultats ont récemment été publiés dans la revue en libre accès Nature Communications, et la technologie fait actuellement l’objet d’un dépôt de brevet.

Loretan M., Barella M., Fuchs N. et al. Direct single-molecule detection and super-resolution imaging with a low-cost portable smartphone-based microscope. Nat Commun 16, 8937 (2025). https://doi.org/10.1038/s41467-025-63993-z