Una nueva técnica de imágenes desarrollada por científicos del MIT, Universidad Harvard, y el Hospital General de Massachusetts (MGH) tiene como objetivo iluminar las estructuras celulares en tejidos profundos y otros materiales densos y opacos. Su método utiliza pequeñas partículas incrustadas en el material, que emiten luz láser.

El equipo sintetizó estas "partículas láser" en forma de pequeños palillos, cada uno mide una pequeña fracción del ancho de un cabello humano. Las partículas están hechas de perovskita de yoduro de plomo, un material que también se usa en paneles solares. y que absorbe y atrapa la luz de manera eficiente. Cuando los investigadores dirigen un rayo láser a las partículas, las partículas se iluminan, emitiendo normalidad, luz fluorescente difusa. Pero si sintonizan la potencia del láser entrante a un cierto "umbral láser, "las partículas generarán instantáneamente luz láser.

Los investigadores, dirigido por el estudiante graduado del MIT Sangyeon Cho, demostraron que eran capaces de estimular las partículas para que emitieran luz láser, creando imágenes con una resolución seis veces mayor que la de los microscopios actuales basados ​​en fluorescencia.

"Eso significa que si la resolución de un microscopio de fluorescencia se establece en 2 micrómetros, nuestra técnica puede tener una resolución de 300 nanómetros, aproximadamente una mejora de seis veces con respecto a los microscopios normales, Cho dice:"La idea es muy simple pero muy poderosa y puede ser útil en muchas aplicaciones de imágenes diferentes".

Cho y sus colegas han publicado sus resultados en la revista Cartas de revisión física . Sus coautores incluyen a Seok Hyun Yun, profesor de Harvard; Nicola Martino, un investigador en Harvard y el Centro Wellman de Fotomedicina del MGH; y Matjaž Humar, investigador del Instituto Jozef Stefan. La investigación se realizó como parte de la División de Ciencias y Tecnología de la Salud de Harvard-MIT.

Una luz en la oscuridad

Cuando enciendes una linterna en una habitación oscura, que la luz aparece como relativamente difusa, haz brumoso de luz blanca, que representa una mezcla de diferentes longitudes de onda y colores. En marcado contraste, la luz láser es un enfoque puntual, haz de luz monocromático, de una frecuencia y color específicos.

En microscopía de fluorescencia convencional, los científicos pueden inyectar una muestra de tejido biológico con partículas llenas de tintes fluorescentes. Luego apuntan un rayo láser a través de una lente que dirige el rayo a través del tejido, provocando que cualquier partícula fluorescente en su camino se ilumine.

Pero estas partículas como linternas microscópicas, producir un relativamente indistinto, resplandor difuso. Si tales partículas emitieran más concentradas, luz similar a un láser, pueden producir imágenes más nítidas de células y tejidos profundos. En años recientes, los investigadores han desarrollado partículas emisoras de luz láser, pero el trabajo de Cho es el primero en aplicar estas partículas únicas a aplicaciones de imágenes.

Láseres de palillos

El equipo sintetizó por primera vez diminutos, Nanocables de 6 micrones de largo de perovskita de yoduro de plomo, un material que hace un buen trabajo atrapando y concentrando la luz fluorescente. La geometría en forma de varilla de las partículas, que Cho describe como "similar a un palillo", puede permitir que una longitud de onda de luz específica rebote hacia adelante y hacia atrás a lo largo de la longitud de las partículas. generando una onda estacionaria, o muy regular, patrón concentrado de luz, similar a un láser.

Luego, los investigadores construyeron una configuración óptica simple, similar a los microscopios de fluorescencia convencionales, en el que se bombea un rayo láser desde una fuente de luz, a través de una lente, y sobre una plataforma de muestra que contiene las partículas de láser.

En la mayor parte, los investigadores encontraron que las partículas emitían luz fluorescente difusa en respuesta a la estimulación láser, similar a los tintes fluorescentes convencionales, a baja potencia de la bomba. Sin embargo, cuando sintonizaron la potencia del láser a un cierto umbral, las partículas se iluminaron considerablemente, emitiendo mucha más luz láser.

Cho dice que la nueva técnica óptica, que han denominado microscopía de emisión estimulada de partículas LAser (LASE), podría usarse para obtener imágenes de un plano focal específico, o una capa particular de tejido biológico. Teóricamente él dice, los científicos pueden hacer brillar un rayo láser en una muestra tridimensional de tejido incrustado con partículas láser, y use una lente para enfocar el rayo a una profundidad específica. Solo aquellas partículas en el foco del rayo absorberán suficiente luz o energía para encenderse como láseres. Todas las demás partículas corriente arriba del haz del camino deberían absorber menos energía y solo emitir luz fluorescente.

"Podemos recolectar toda esta emisión estimulada y podemos distinguir el láser de la luz fluorescente muy fácilmente usando espectrómetros, ", Dice Cho." Esperamos que esto sea muy poderoso cuando se aplica al tejido biológico, donde la luz normalmente se dispersa por todas partes, y la resolución está devastada. Pero si usamos partículas láser, serán los puntos estrechos que emitirán luz láser. Para que podamos distinguirnos del fondo y lograr una buena resolución ".

Giuliano Scarcelli, un profesor asistente en la Universidad de Maryland, dice que el éxito de la técnica dependerá de su implementación exitosa en un microscopio de fluorescencia estándar. Una vez que se logre, aplicaciones de imágenes láser, él dice, son prometedores.

"El hecho de que tenga un láser en lugar de una fluorescencia probablemente signifique que puede medir más profundamente en el tejido porque tiene una relación señal / ruido más alta, "dice Scarcelli, que no estuvo involucrado en el trabajo. "Necesitaremos ver en la práctica, pero en la otra mano, con óptica, no tenemos una buena forma de obtener imágenes de tejido profundo. Por lo tanto, cualquier investigación sobre este tema es una adición bienvenida ".

Para implementar esta técnica en tejido vivo, Cho dice que las partículas láser tendrían que ser biocompatibles, cuáles no son los materiales de perovskita de yoduro de plomo. Sin embargo, Actualmente, el equipo está investigando formas de manipular las propias células para que brillen como láseres.

"Nuestra idea es, ¿Por qué no usar la celda como fuente de luz interna? ", dice Cho." Estamos empezando a pensar en ese problema ".