Los investigadores han desarrollado un microscopio espectroscópico para permitir mediciones ópticas de conformaciones y orientaciones moleculares en muestras biológicas. La novedosa técnica de medición permite a los investigadores obtener imágenes de muestras biológicas a nivel microscópico de manera más rápida y precisa.

El nuevo instrumento se basa en la técnica de imágenes espectroscópicas infrarrojas de frecuencia discreta desarrollada por investigadores del Instituto Beckman de Ciencia y Tecnología Avanzadas de la Universidad de Illinois Urbana-Champaign.

"Este proyecto trata de llevar el estudio de la quiralidad molecular al dominio microscópico, "dijo Rohit Bhargava, profesor de bioingeniería, y el director del Centro de Cáncer de Illinois.

La quiralidad molecular se refiere a la orientación espacial de los átomos en moléculas o conjuntos multimoleculares. En sistemas biológicos, una molécula puede provocar una respuesta celular, mientras que su imagen especular podría estar inactiva o incluso tóxica. Si bien el dicroísmo circular vibracional se puede emplear para ayudar a determinar la estructura química y la orientación de una molécula, Las mediciones de VCD requieren mucho tiempo y no se podían utilizar previamente para obtener imágenes de sistemas biológicos complejos o muestras de tejidos sólidos.

El artículo "Concurrent Vibrational Circular Dichroism Measurements with Infrared Spectroscopic Imaging" se publicó en Química analítica y aparece en la portada.

El novedoso microscopio infrarrojo hace posible la obtención de imágenes de la quiralidad de las biomoléculas al acelerar tanto el tiempo de adquisición como al mejorar la relación señal / ruido de las técnicas tradicionales de VCD. "Cuando envías luz por un microscopio desde un espectrómetro, esencialmente estás tirando mucho, "Bhargava dijo." Para las mediciones de VCD, también hay que enviarlo a través de un modulador fotoelástico, que cambia la polarización de la luz a izquierda o derecha. En ese punto, no te queda mucha luz, lo que significa que debe promediar su señal durante mucho tiempo para ver solo un píxel dentro de una imagen ".

El Laboratorio de Estructuras e Imágenes Químicas, dirigido por Bhargava, logró mediciones rápidas y simultáneas de infrarrojos y VCD basándose en el marco de su microscopio de imágenes infrarrojas de frecuencia discreta de alto rendimiento. En lugar de emplear una fuente de luz térmica tradicional, el instrumento está construido alrededor de un láser de cascada cuántica.

"La fuente láser motivó todo el diseño, "dijo Yamuna Phal, un estudiante de posgrado investigador en ingeniería eléctrica e informática. "La fuente QCL tiene mayor potencia, lo que significa que podemos adquirir mediciones más rápidas. Previamente, solo puede realizar VCD en muestras líquidas, pero también podemos obtener imágenes de tejidos sólidos. Esto nunca se intentó antes porque, en primer lugar, lleva tanto tiempo adquirir señales VCD ".

Kevin Yeh, un investigador asociado postdoctoral, quien codirigió el desarrollo del microscopio, Afirmó que podrían surgir otras aplicaciones del microscopio construido para este proyecto. "Inicialmente imaginamos el microscopio infrarrojo de frecuencia discreta como una plataforma en la que se podrían construir otras técnicas, "Yeh dijo." Hemos resuelto una de estas extensiones, que es VCD, pero podríamos imaginar muchos otros ".

Aunque las aplicaciones de esta técnica podrían abarcar las ciencias biológicas, el trabajo en sí es un testimonio de la fuerza de la ciencia interdisciplinaria. "Este proyecto solo fue posible reuniendo el pensamiento de diferentes campos, ", Dijo Bhargava." Es un problema de química resuelto por un diseño basado en la física, implementado por un estudiante de ingeniería eléctrica. Está en nuestro ADN en Beckman adoptar ese tipo de enfoque para resolver problemas ".