Los científicos del MIT y la Universidad de Texas en Arlington (UTA) han desarrollado un nuevo tipo de microscopía que puede obtener imágenes de células a través de una oblea de silicio. permitiéndoles medir con precisión el tamaño y el comportamiento mecánico de las células detrás de la oblea.

La nueva tecnología, que depende de la luz del infrarrojo cercano, podría ayudar a los científicos a aprender más sobre las células enfermas o infectadas a medida que fluyen a través de dispositivos de microfluidos de silicio.

"Esto tiene el potencial de fusionar la investigación en visualización celular con todas las cosas interesantes que se pueden hacer en una oblea de silicio". "dice Ishan Barman, un ex postdoctorado en el Laser Biomedical Research Center (LBRC) del MIT y uno de los autores principales de un artículo que describe la tecnología en la edición del 2 de octubre de la revista. Informes científicos .

Otros autores principales del artículo son el ex postdoctorado del MIT Narahara Chari Dingari y los estudiantes graduados de la UTA Bipin Joshi y Nelson Cardenas. El autor principal es Samarendra Mohanty, profesor asistente de física en la UTA. Otros autores son la ex postdoctorado del MIT Jaqueline Soares, actualmente es profesor asistente en la Universidad Federal de Ouro Preto, Brasil, y Ramachandra Rao Dasari, director asociado de la LBRC.

El silicio se usa comúnmente para construir dispositivos de microfluidos de "laboratorio en un chip", que puede clasificar y analizar células en función de sus propiedades moleculares, así como dispositivos microelectrónicos. Estos dispositivos tienen muchas aplicaciones potenciales en investigación y diagnóstico, pero podrían ser aún más útiles si los científicos pudieran obtener imágenes de las células dentro de los dispositivos, dice Barman, quien ahora es profesor asistente de ingeniería mecánica en la Universidad Johns Hopkins.

Para lograr eso, Barman y sus colegas aprovecharon el hecho de que el silicio es transparente a las longitudes de onda de luz infrarroja e infrarroja cercana. Adaptaron una técnica de microscopía conocida como imagen de fase cuantitativa, que funciona enviando un rayo láser a través de una muestra, luego dividiendo el rayo en dos. Al combinar esos dos haces y comparar la información que lleva cada uno, los investigadores pueden determinar la altura de la muestra y su índice de refracción, una medida de cuánto fuerza el material a que la luz se doble a medida que la atraviesa.

Las imágenes de fase cuantitativa tradicionales utilizan un láser de helio neón, que produce luz visible, pero para el nuevo sistema, los investigadores utilizaron un láser de zafiro de titanio que se puede sintonizar en longitudes de onda infrarrojas e infrarrojas cercanas. Para este estudio, los investigadores encontraron que la luz con una longitud de onda de 980 nanómetros funcionaba mejor.

Usando este sistema, los investigadores midieron los cambios en la altura de los glóbulos rojos, con sensibilidad a nanoescala, a través de una oblea de silicio similar a las que se utilizan en la mayoría de los laboratorios de electrónica.

A medida que los glóbulos rojos fluyen por el cuerpo, a menudo tienen que atravesar vasos muy estrechos. Cuando estas células están infectadas con malaria, pierden esta capacidad de deformarse, y forman obstrucciones en vasos diminutos. La nueva técnica de microscopía podría ayudar a los científicos a estudiar cómo sucede esto, Dingari dice; también podría usarse para estudiar la dinámica de las células sanguíneas malformadas que causan la anemia de células falciformes.

Los investigadores también usaron su nuevo sistema para monitorear las células renales embrionarias humanas a medida que se agregaba agua pura a su entorno, un choque que obliga a las células a absorber agua e hincharse. Los investigadores pudieron medir cuánto se dilataron las células y calcular el cambio en su índice de refracción.

"Nadie ha mostrado antes este tipo de microscopía de estructuras celulares a través de un sustrato de silicio, "Dice Mohanty.

"Esta es una nueva dirección emocionante que probablemente abrirá enormes oportunidades para la obtención de imágenes de fase cuantitativa, "dice Gabriel Popescu, profesor asistente de ingeniería eléctrica e informática en la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign que no formaba parte del equipo de investigación.

"Las posibilidades son infinitas:desde dispositivos de micro y nanofluidos hasta sustratos estructurados, Los dispositivos podrían apuntar a aplicaciones que van desde la detección molecular hasta la caracterización de células completas y la detección de drogas en poblaciones celulares. "Dice Popescu.

El laboratorio de Mohanty en UTA ahora está usando el sistema para estudiar cómo las neuronas que crecen en una oblea de silicio se comunican entre sí.

En el Informes científicos papel, los investigadores utilizaron obleas de silicio de entre 150 y 200 micrones de espesor, pero desde entonces han demostrado que se puede usar silicio más grueso si la longitud de onda de la luz se incrementa en el rango infrarrojo. Los investigadores también están trabajando para modificar el sistema para que pueda obtener imágenes en tres dimensiones, similar a una tomografía computarizada.

La investigación fue financiada por el Instituto Nacional de Imágenes Biomédicas y Bioingeniería y Tecnologías de Nanoscopios, LLC.

Esta historia se vuelve a publicar por cortesía de MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), un sitio popular que cubre noticias sobre la investigación del MIT, innovación y docencia.