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    Cubreobjetos mejorado con nanofotónica para imágenes de fase en biología

    a El cubreobjetos mejorado nanofotónica (NEC) agrega capacidad de imágenes de fase a un cubreobjetos de microscopio normal, reduciendo así los voluminosos métodos de formación de imágenes de fase al tamaño de un chip. El diseño de menos de 200 nm de espesor consiste en una rejilla espaciada por sublongitud de onda encima de una película ópticamente delgada, soportado por un sustrato de vidrio. b Demostración ejemplar de formación de imágenes de fase de células cancerosas humanas (células HeLa) utilizando el NEC. Al colocar la placa de Petri que contiene el cultivo celular directamente encima del NEC, Se crean imágenes pseudo 3D de las células. Las imágenes obtenidas son similares a las obtenidas por la técnica de imagen de fase convencional de microscopía de contraste de interferencia diferencial (DIC). En la imagen de referencia, grabado sin el NEC, las células son en su mayoría invisibles. c El uso del dispositivo NEC no solo permitió la visualización de la forma general de la celda, pero también presenta el interior del núcleo celular (izquierda). Esto se confirmó mediante la comparación con imágenes obtenidas mediante microscopía DIC convencional (centro) y microscopía de fluorescencia (derecha). Crédito:Lukas Wesemann, Jon Rickett, Canción Jingchao, Jieqiong Lou, Elizabeth Hinde, Timothy J. Davis, y Ann Roberts

    La capacidad de visualizar objetos transparentes como células biológicas es de fundamental importancia en biología y diagnóstico médico. Los enfoques convencionales para lograr esto incluyen microscopía de contraste de fase y técnicas que se basan en la tinción química de células biológicas. Estas técnicas, sin embargo, dependen de componentes ópticos costosos y voluminosos o requieren un cambio, y en algunos casos dañinos, la célula mediante la introducción de agentes químicos de contraste. Los importantes avances recientes en la tecnología de nanofabricación permiten estructurar materiales a nanoescala con una precisión sin precedentes. Esto ha dado lugar al revolucionario campo de la metaóptica que tiene como objetivo desarrollar componentes ópticos ultracompactos que reemplacen a sus contrapartes ópticas a granel como, por ejemplo, lentes y filtros ópticos. Estos dispositivos metaópticos exhiben propiedades inusuales por las que recientemente han atraído un interés científico significativo como plataformas novedosas para aplicaciones de imágenes.

    En un nuevo artículo publicado en Ciencias de la luz y aplicaciones , un equipo de científicos, dirigido por la profesora Ann Roberts del nodo de la Universidad de Melbourne del Centro de Excelencia del Consejo de Investigación Australiano para Sistemas Metaópticos Transformadores han desarrollado un dispositivo ultracompacto, cubreobjetos de microscopio nanoestructurado que permite la visualización de células biológicas no teñidas. El dispositivo se conoce como cubreobjetos mejorado nanofotónica (NEC), ya que agrega la capacidad de generación de imágenes de fase a un cubreobjetos de microscopio normal. En su estudio, los investigadores demostraron que simplemente colocando células biológicas encima del NEC, Se obtienen imágenes pseudo 3D de alto contraste de células que de otro modo serían invisibles. Los científicos utilizaron el ejemplo de las células cancerosas humanas (células HeLa) para demostrar el potencial de este nuevo método de obtención de imágenes de fase. El método no solo permitió la visualización de la forma general de las células cancerosas, sino que también hizo visibles los detalles del núcleo celular. Esta capacidad es fundamental ya que la detección de cambios en la estructura de las células biológicas sustenta la detección de enfermedades como, por ejemplo, en el caso de la malaria.

    La versión del NEC presentada en la publicación difiere de un cubreobjetos normal por la adición de una película óptica delgada y una rejilla espaciada nanómetros. El equipo de investigación sin embargo, prevén variaciones más complejas de este concepto para ampliar aún más las capacidades del método para operar en diferentes longitudes de onda y la integración en sistemas de microfluidos o de formación de imágenes ópticas altamente especializados. En conclusión, Esta investigación ha demostrado un método de obtención de imágenes de fase completamente nuevo que tiene un potencial significativo para ser parte de futuros sistemas de imágenes biológicas y herramientas de diagnóstico médico móviles.

    Los científicos resumen el potencial de su método de obtención de imágenes de fase:"Diseñamos un cubreobjetos de microscopio nanoestructurado que nos permite visualizar células biológicas transparentes simplemente colocándolas encima del dispositivo e iluminando a través de ellas. Este es un avance emocionante en el campo de imágenes de fase, Dado que nuestro método no requiere el uso de componentes ópticos a granel, tinción química o postprocesamiento computacional como es el caso de los métodos convencionales ”, explicó el profesor Roberts.

    "La falta de disponibilidad de herramientas de diagnóstico médico en muchas naciones en desarrollo se considera una razón para que las enfermedades infecciosas como la malaria y la tuberculosis sigan siendo una de las principales causas de muerte. Nuestro enfoque tiene un potencial significativo para convertirse en un método de bajo costo, herramienta de imágenes de fase ultracompacta que podría integrarse en las cámaras de los teléfonos inteligentes y otros dispositivos móviles para hacer que los diagnósticos médicos móviles estén ampliamente disponibles ", agregó el Dr. Wesemann.


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