El material montado en el escenario de un microscopio invertido. Crédito:Junxiang Zhao
Los ingenieros eléctricos de la Universidad de California en San Diego desarrollaron una tecnología que mejora la resolución de un microscopio de luz ordinario para que pueda usarse para observar directamente estructuras y detalles más finos en células vivas.
La tecnología convierte un microscopio óptico convencional en lo que se llama microscopio de superresolución. Se trata de un material especialmente diseñado que acorta la longitud de onda de la luz a medida que ilumina la muestra; esta luz reducida es lo que esencialmente permite al microscopio obtener imágenes con una resolución más alta.
"Este material convierte la luz de baja resolución en luz de alta resolución, "dijo Zhaowei Liu, profesor de ingeniería eléctrica e informática en UC San Diego. "Es muy simple y fácil de usar. Simplemente coloque una muestra en el material, luego póngalo todo bajo un microscopio normal, no se necesitan modificaciones sofisticadas ".
La obra, que fue publicado en Comunicaciones de la naturaleza , supera una gran limitación de los microscopios ópticos convencionales:baja resolución. Los microscopios ópticos son útiles para obtener imágenes de células vivas, pero no se pueden usar para ver nada más pequeño. Los microscopios ópticos convencionales tienen un límite de resolución de 200 nanómetros, lo que significa que los objetos más cercanos a esta distancia no se observarán como objetos separados. Y aunque existen herramientas más poderosas, como microscopios electrónicos, que tienen la resolución de ver estructuras subcelulares, no se pueden utilizar para obtener imágenes de células vivas porque las muestras deben colocarse dentro de una cámara de vacío.
Este material que contrae la luz convierte un microscopio óptico convencional en un microscopio de superresolución. Crédito:Junxiang Zhao
"El mayor desafío es encontrar una tecnología que tenga una resolución muy alta y que también sea segura para las células vivas, "dijo Liu.
La tecnología que desarrolló el equipo de Liu combina ambas características. Con eso, Se puede utilizar un microscopio óptico convencional para obtener imágenes de estructuras subcelulares vivas con una resolución de hasta 40 nanómetros.
La tecnología consiste en un portaobjetos de microscopio que está recubierto con un tipo de material que contrae la luz llamado metamaterial hiperbólico. Está formado por capas alternas de nanómetros de plata y vidrio de sílice. A medida que la luz pasa a través sus longitudes de onda se acortan y se dispersan para generar una serie de patrones moteados aleatorios de alta resolución. Cuando se monta una muestra en el portaobjetos, se ilumina de diferentes maneras por esta serie de patrones de luz moteados. Esto crea una serie de imágenes de baja resolución, que son capturados y luego ensamblados por un algoritmo de reconstrucción para producir una imagen de alta resolución.
Comparación de imágenes tomadas con un microscopio óptico sin el metamaterial hiperbólico (columna izquierda) y con el metamaterial hiperbólico (columna derecha):dos perlas fluorescentes cercanas (fila superior), puntos cuánticos (fila del medio), y filamentos de actina en las células Cos-7 (fila inferior). Crédito:Nature Communications
Los investigadores probaron su tecnología con un microscopio invertido comercial. Fueron capaces de imaginar rasgos finos, como filamentos de actina, en células Cos-7 marcadas con fluorescencia, características que no son claramente discernibles usando solo el microscopio. La tecnología también permitió a los investigadores distinguir claramente pequeñas perlas fluorescentes y puntos cuánticos que estaban espaciados entre 40 y 80 nanómetros.
La tecnología de superresolución tiene un gran potencial para el funcionamiento a alta velocidad, dijeron los investigadores. Su objetivo es incorporar alta velocidad, súper resolución y baja fototoxicidad en un sistema para imágenes de células vivas.
Representación artística de la nueva tecnología de microscopía de súper resolución. Las células animales (rojas) se montan en un portaobjetos recubierto con el metamaterial hiperbólico multicapa. La luz estructurada a nanoescala (azul) es generada por el metamaterial y luego ilumina las células animales. Crédito:Yeon Ui Lee
El equipo de Liu ahora está expandiendo la tecnología para hacer imágenes de alta resolución en un espacio tridimensional. Este artículo actual muestra que la tecnología puede producir imágenes de alta resolución en un plano bidimensional. El equipo de Liu publicó anteriormente un artículo que muestra que esta tecnología también es capaz de obtener imágenes con una resolución axial ultra alta (aproximadamente 2 nanómetros). Ahora están trabajando para combinar los dos.
