La microscopía de fluorescencia de lámina de luz es un nuevo y emocionante método de obtención de imágenes que aprovecha láminas delgadas de luz para crear imágenes de grandes muestras biológicas, como embriones de moscas y peces. ratones e incluso trozos de tejido humano. Y su uso podría conducir a un diagnóstico menos intrusivo y más efectivo para los pacientes.

En la Universidad de St Andrews, Recientemente, hemos utilizado las propiedades inusuales de los rayos láser con forma para obtener una imagen más clara en el interior de las muestras, utilizando rayos que se doblan y curvan esquinas redondeadas y se vuelven más brillantes. en lugar de más tenue, mientras viajan.

A diferencia de, Si coloca un dedo brevemente frente a un puntero láser convencional, notará que su dedo se ilumina a medida que el rayo dispersa la luz en todas las direcciones y solo pasa una pequeña cantidad de luz, si es que la hay.

La microscopía se ha desarrollado a un gran ritmo desde su desarrollo hace más de 350 años, sin embargo, sigue siendo un desafío obtener imágenes de grandes muestras tridimensionales (3-D). Esto significa que las muestras biológicas tienden a ser capas de células individuales cultivadas en un delgado portaobjetos de vidrio, que no es un escenario muy realista.

Las personas son seres tridimensionales y la investigación de enfermedades debe tener eso en cuenta. Si una persona recibe un medicamento para una enfermedad, Sería bueno si no causara otro. Es por esta razón que mucha investigación biomédica se está moviendo hacia modelos 3-D para estudiar con mayor precisión enfermedades como el Alzheimer y el Parkinson.

Sin embargo, La microscopía de fluorescencia de lámina de luz es una tecnología especialmente adecuada para obtener imágenes de grandes volúmenes de forma rápida y sin causar ningún daño. La geometría de esta forma de microscopía se desarrolló originalmente a principios del siglo XX para ayudar al estudio de las nanopartículas.

Richard Zsigmondy ganó el Premio Nobel de Química de 1925 en parte por desarrollar esta tecnología, pero luego dejó de usarse. Fue solo con el advenimiento de la iluminación láser y los biomarcadores fluorescentes naturales que la microscopía de hoja de luz, en las últimas dos décadas, vio un renacimiento en la imagen biomédica.

Turner de página

La falta de contraste en una imagen puede resultar un obstáculo importante cuando se trata de obtener imágenes de muestras grandes. Es el equivalente a intentar leer un libro con páginas transparentes en la oscuridad.

Si ilumina el libro con una antorcha, las palabras de la página serán visibles, pero también verá las palabras delante y detrás de la página que está leyendo, lo que hace que sea muy difícil saber qué palabra procede de qué página. El mismo problema se aplica al tratar de ver el interior de muestras grandes mediante microscopía de fluorescencia.

Cuando se lee a la manera de la hoja de luz, el libro vuelve a ser accesible simplemente sosteniendo la antorcha a un lado del libro e iluminando cada página por separado.

En microscopía de hoja de luz, se envía una fina hoja de luz al costado de la muestra que corta directamente la parte que desea mirar. De esta manera, La fluorescencia todavía se genera en el plano de interés, pero no en ningún otro lugar, y el resultado final es nítido, imagen clara. Al hacer la hoja de luz más delgada, los objetos más pequeños se vuelven visibles.

El verdadero desafío es hacer una hoja de luz súper delgada que corte una muestra completa. A pesar del innovador enfoque de imágenes, la hoja de luz todavía se rige por las reglas de la óptica. Un rayo láser estándar, conocido como rayo gaussiano, está limitado por la divergencia.

Si enfoca un rayo gaussiano hacia un punto, divergerá y se expandirá después. Si lo enfocas con más fuerza, se expandirá más rápidamente. Esto limita la longitud de las láminas de luz superdelgadas, por lo que no se puede utilizar para obtener imágenes de objetos grandes.

Los investigadores comenzaron a explorar el uso de rayos exóticos con propiedades inusuales para crear láminas de luz en 2010. Estos rayos engañan a la divergencia y no cambian su forma o tamaño a medida que viajan, por lo que pueden permanecer delgados en distancias mucho mayores que un rayo gaussiano estándar. dando un microscopio con alta resolución y un área de imagen grande.

Rayos exóticos para la victoria

Vigas Bessel y vigas Airy, que se ha dicho que dan una "triple ganancia" para la microscopía, son las más notables de las vigas exóticas para infringir las reglas.

Estos rayos exóticos no solo permiten una mayor resolución en un área de imagen grande, pero también distribuyen su energía protegiendo así la muestra del daño intenso de la irradiación láser. También resisten la dispersión y, por lo tanto, no se distorsionan. resultando en imágenes y hojas de luz de alta calidad.

Recientemente, hemos tomado un mayor control de la forma de estas vigas especiales, utilizando rayos y láminas de luz que pueden aumentar en intensidad y volverse más brillantes a medida que viajan. El uso de láminas de luz que se vuelven más brillantes significa que obtenemos más señal desde el interior de las muestras donde la absorción normalmente haría que la lámina de luz y la imagen se vuelvan ruidosas y mucho más débiles.

La técnica se basa en controlar la forma en que se distribuye la energía dentro de la muestra. La forma ingenua de obtener más señal de áreas más profundas de una muestra sería aumentar la potencia del láser, lo que podría causar mucho daño a la superficie de la muestra. Al concentrar selectivamente más energía solo en las capas profundas, podemos aumentar la señal de una manera que no debería dañar la muestra.

Nuestra investigación ha demostrado que este enfoque de luz con forma es beneficioso para la obtención de imágenes de láminas de luz, pero también esperamos que pueda superar los límites de una variedad de otras técnicas de imágenes ópticas, como la tomografía de coherencia óptica, una especie de método de imágenes por "ultrasonido óptico" que está encontrando muchas aplicaciones clínicas, incluidas las imágenes de la retina.

Es un momento emocionante para trabajar con vigas tan exóticas.

Este artículo se publicó originalmente en The Conversation. Lea el artículo original.