El campo de la investigación en microscopía óptica se ha desarrollado rápidamente en los últimos años. Gracias a la invención de una técnica llamada microscopía de fluorescencia de superresolución, Recientemente se ha hecho posible ver incluso las partes más pequeñas de una célula viva. Ahora, haciendo un refinamiento inteligente a esa técnica, Los investigadores de TU Delft han ampliado aún más sus límites. Donde anteriormente se podían observar objetos que medían hasta 10-20 nanómetros, su método permite centrarse en estructuras de tan solo 3 nanómetros de diámetro.

Los microscopios caseros del científico y comerciante de telas de Delft Antoni van Leeuwenhoek tenían una resolución de menos de un micrómetro, lo que le permitió observar estructuras como bacterias y espermatozoides. Pero incluso en el siglo XVII, Van Leeuwenhoek ya se estaba acercando al llamado 'límite de difracción', un límite teórico más allá del cual no se pueden distinguir dos puntos adyacentes con un microscopio óptico. Este límite está determinado en parte por la longitud de onda de la luz que se utiliza. Según la teoría, el tamaño máximo del objeto del que puede obtener imágenes con un microscopio convencional es la mitad de esa longitud de onda. Cualquier cosa más pequeña es imposible de enfocar con nitidez.

Durante mucho tiempo se pensó que el límite de difracción era un límite estricto, determinado por las leyes de la naturaleza. Pero aplicando trucos ingeniosos, los físicos finalmente lograron cruzarlo. No hace tanto tiempo, en 2014, el Premio Nobel de Química se otorgó a los tres investigadores que inventaron la solución, conocido como "microscopía de fluorescencia de superresolución". En esta técnica, ciertas proteínas o moléculas se vuelven fluorescentes mediante modificación genética. La señal de luz débil que emiten se puede capturar con la ayuda de un microscopio óptico. "En la práctica, aunque, "dice el investigador Bernd Rieger, "el problema de hacer que las proteínas sean fluorescentes es que no se pueden etiquetar todas las de un tipo en particular. Solo el 30-50 por ciento de ellas, a lo sumo. Cuando empiece a tomar medidas, ves solo una serie de puntos luminosos individuales, no la estructura completa que está tratando de ver ".

Para resolver el problema, los investigadores de Delft han ideado una adaptación a la microscopía de superresolución. Esto es comparable con lo que se conoce en fotografía como "composición":apilar varias imágenes para crear una única imagen compuesta. "El promedio de la información de diferentes mediciones ya se estaba haciendo en microscopía electrónica, ", explica el investigador Sjoerd Stallinga." Pero esa es una tecnología completamente diferente. Nuestro candidato a doctorado Hamidreza Heydarian tardó dos años en convertir la técnica para su uso en microscopía óptica ".

Un problema era que la combinación de cientos, si no miles, de 'instantáneas' requiere una gran cantidad de potencia de procesamiento. Con una computadora normal, Fueron necesarios varios días para construir una imagen clara a partir de todos los datos. "Afortunadamente, "dice Rieger, "gracias a la industria de los videojuegos, tenemos acceso a tarjetas gráficas capaces de calcular extremadamente bien en paralelo ". Un programador del Centro de eScience de los Países Bajos en Ámsterdam se unió al proyecto y convirtió un algoritmo existente para PC normales en uno que los investigadores pudieran ejecutar en una tarjeta gráfica de este tipo. Como resultado , las mediciones ahora se pueden combinar en una sola imagen en unas pocas horas.

Esta investigación está reduciendo la brecha entre la microscopía electrónica y óptica, lo cual es importante porque las dos técnicas ofrecen resultados diferentes y, por lo tanto, son complementarias, pero todavía están muy lejos en cuanto a sus posibilidades. "Los mejores microscopios electrónicos son de 30 a 50 veces más potentes que los mejores ópticos, ", dice Stallinga." Acercar los dos mundos podría conducir a nuevos conocimientos biológicos ".

Según los investigadores, su técnica, que ya está logrando resoluciones en el nivel de tres nanómetros, debería eventualmente permitir ver estructuras que miden solo un nanómetro. Por debajo de ese umbral, las dimensiones de las etiquetas fluorescentes se convierten en un factor limitante.

Los hallazgos se han publicado en la revista Métodos de la naturaleza .