La microscopía de fluorescencia de superresolución (derecha) produce imágenes significativamente más nítidas en comparación con la microscopía de fluorescencia convencional. Crédito:Abadi et al.
KAUST ha desarrollado una técnica que permite a los investigadores observar el movimiento de moléculas individuales dentro de un polímero:desafía el pensamiento actual sobre la física de polímeros y podría conducir a nuevos materiales que se pueden adaptar para tareas específicas.
Los polímeros son una familia grande y diversa de materiales que van desde duros, plásticos rígidos a flexibles, geles elásticos. A nivel microscópico, Los polímeros consisten en moléculas de cadena larga que se entrelazan como una placa de espagueti a nanoescala. Las propiedades de un material polimérico surgen de la forma en que las cadenas poliméricas que lo componen se mueven e interactúan entre sí. Hasta ahora, La capacidad de los investigadores para comprender completamente las propiedades de los polímeros se vio obstaculizada porque era imposible observar el movimiento de la cadena de polímero individual.
Satoshi Habuchi y su equipo han superado esta limitación utilizando microscopía de fluorescencia de superresolución. "Las imágenes de fluorescencia son una técnica excelente para capturar el comportamiento en tiempo real de sistemas dinámicos, "dice Maram Abadi, miembro del equipo de Habuchi.
Para el estudio de polímeros, Habuchi y su equipo crearon un polímero con etiquetas fluorescentes adheridas en varios puntos de la cadena. Aunque la resolución espacial de las imágenes de fluorescencia convencionales se limita a 200-300 nanómetros (insuficiente para rastrear la dinámica de la cadena de polímeros), las imágenes de fluorescencia de superresolución ofrecen una resolución de 10-20 nanómetros considerablemente más nítida. La superresolución se logra capturando 10, 000 imágenes de microscopía de fluorescencia separadas en unos pocos segundos, y luego usar una computadora para combinarlos y generar una sola imagen de súper resolución. La técnica le valió a sus descubridores originales el Premio Nobel de Química 2014.
Una nueva técnica desarrollada por Maram Abadi (izquierda), Satoshi Habuchi y sus colegas desafían el pensamiento actual sobre la física de polímeros. Crédito:KAUST
Habuchi y su equipo combinaron esta técnica con un algoritmo de seguimiento de una sola molécula que desarrollaron recientemente. "Proporcionó una herramienta poderosa para investigar la dinámica de polímeros entrelazados a nivel de una sola molécula, Abadi dice.
La herramienta mostró que la dinámica de los polímeros es más compleja de lo que se pensaba. La dinámica de los polímeros se ha modelado utilizando la teoría de reptación en la que se considera que toda la cadena del polímero se mueve como una sola unidad, similar a una serpiente, lo que explica la derivación del término de la palabra reptil. La microscopía fluorescente de superresolución revela que el polímero realmente experimenta un movimiento dependiente de la posición de la cadena, con la mayor parte del movimiento ocurriendo en los extremos de la cadena y el menor movimiento ocurriendo en el medio.
Este descubrimiento muestra que la teoría de la física de polímeros tendrá que revisarse, Abadi dice. "Dado que las propiedades reológicas de los materiales surgen microscópicamente de la dinámica de los polímeros entrelazados, una revisión de la teoría de la reptación tendría un amplio impacto no solo en la física fundamental de los polímeros, sino también en el desarrollo de una amplia gama de nanomateriales de polímeros, " ella dice.
El equipo ahora planea aplicar su técnica a sistemas más complejos, incluyendo geles poliméricos y redes de biomoléculas dentro de las células.
