Los investigadores han desarrollado un nuevo enfoque de medición e imagen que puede resolver nanoestructuras más pequeñas que el límite de difracción de la luz sin necesidad de colorantes ni etiquetas. El trabajo representa un avance importante hacia un nuevo y poderoso método de microscopía que algún día podría usarse para ver las características finas de muestras complejas más allá de lo que es posible con los microscopios y técnicas convencionales.

El nuevo método, descrito en Optica journal, es una modificación de la microscopía de barrido láser, que utiliza un rayo láser fuertemente enfocado para iluminar una muestra. Los investigadores ampliaron la técnica midiendo no solo el brillo o la intensidad de la luz después de que interactúa con una muestra en estudio, sino también detectando otros parámetros codificados en el campo de luz.

"Nuestro enfoque podría ayudar a ampliar la caja de herramientas de microscopía utilizada para estudiar nanoestructuras en una variedad de muestras", dijo el líder del equipo de investigación, Peter Banzer, de la Universidad de Graz en Austria. "En comparación con las técnicas de súper resolución basadas en un enfoque de escaneo similar, nuestro método es completamente no invasivo, lo que significa que no requiere que se inyecte ninguna molécula fluorescente en una muestra antes de obtener la imagen".

Los investigadores muestran que pueden medir la posición y el tamaño de las nanopartículas de oro con una precisión de varios nanómetros, incluso cuando varias partículas se tocaban.

"Nuestro enfoque novedoso para la microscopía de escaneo láser podría cerrar la brecha entre los microscopios convencionales con resolución limitada y las técnicas de superresolución que requieren la modificación de la muestra en estudio", dijo Banzer.

Captar más de la luz

En la microscopía de escaneo láser, se escanea un haz de luz a través de la muestra y se mide la luz transmitida, reflejada o dispersada proveniente de la muestra. Aunque la mayoría de los métodos de microscopía miden la intensidad o el brillo de la luz que proviene de la muestra, también se almacena una gran cantidad de información en otras características de la luz, como su fase, polarización y el ángulo de dispersión. Para capturar esta información adicional, los investigadores examinaron la resolución espacial de la información de intensidad y polarización.

"La fase y la polarización de la luz, junto con su intensidad, varían espacialmente de una manera que incorpora detalles finos sobre la muestra con la que interactúa, al igual que la sombra de un objeto nos dice algo sobre la forma del objeto en sí", dijo. Banzer. "Sin embargo, gran parte de esta información se ignora si solo se mide la potencia de la luz general después de la interacción".

Demostraron el nuevo enfoque usándolo para estudiar muestras simples que contenían nanopartículas metálicas de diferentes tamaños. Hicieron esto escaneando el área de interés y luego registrando la polarización y las imágenes resueltas en ángulo de la luz transmitida. Los datos medidos se evaluaron mediante un algoritmo que crea un modelo de las partículas que se adapta automáticamente para parecerse a los datos medidos con la mayor precisión posible.

"Aunque las partículas y sus distancias eran mucho más pequeñas que el límite de resolución de muchos microscopios, nuestro método pudo resolverlas", dijo Banzer. "Además, y lo que es más importante, el algoritmo pudo proporcionar otros parámetros sobre la muestra, como el tamaño y la posición precisos de las partículas".

Los investigadores ahora están trabajando para adaptar el método para que pueda usarse con muestras más complejas. La funcionalidad del enfoque también se puede ampliar adaptando la estructura de la luz que interactúa con la muestra e incorporando enfoques basados ​​en inteligencia artificial en los pasos de procesamiento de imágenes. En el lado de la detección, los autores, junto con otros expertos, están desarrollando actualmente una cámara especial como parte de un proyecto europeo llamado SuperPixels. Este dispositivo de detección de próxima generación será capaz de resolver la información de polarización y fase además de la intensidad.

"Nuestro estudio es otra demostración del papel fundamental que puede desempeñar la estructura de la luz en el campo de la óptica y las tecnologías basadas en la luz", dijo Banzer. "Ya se han demostrado muchas aplicaciones y fenómenos intrigantes, pero hay más por venir". + Explora más

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