En 2014, un trío internacional ganó el Premio Nobel de Química por desarrollar microscopía de fluorescencia de superresolución, una técnica que permitió estudiar procesos moleculares en células vivas.

Ahora, un equipo de Northwestern Engineering ha mejorado esta tecnología innovadora haciéndola más rápida, más simple menos costoso, y multiplicar por cuatro su resolución.

"A pesar del éxito de las técnicas de microscopía electrónica y microscopio de sonda de barrido, Sigue existiendo la necesidad de un método de imágenes ópticas que pueda descubrir no solo las estructuras nanoscópicas, sino también los fenómenos físicos y químicos que ocurren a nivel de nanoescala, "dijo Hao Zhang, profesor asociado de ingeniería biomédica en la Escuela de Ingeniería McCormick de Northwestern. "Imaginamos que nuestra técnica puede lograr esto".

Dirigido por Zhang, el equipo de Northwestern desarrolló una nueva plataforma de imágenes ópticas de súper resolución basada en espectroscopía, un tipo de imagen que examina cómo responde la materia a la luz. Llamado microscopía de localización de fotones espectroscópicos (SPLM), la plataforma puede analizar moléculas individuales con una resolución subnanométrica.

La nueva plataforma tecnológica aprovecha la microscopía de localización de fotones (PLM), que captura firmas espectroscópicas inherentes de fotones emitidos, o partículas ligeras, para identificar moléculas específicas. Las tecnologías actuales de imágenes espectroscópicas y PLM requieren múltiples tintes fluorescentes para mejorar el contraste en las imágenes microscópicas resultantes. Incapaz de distinguir entre tintes, estas técnicas registran múltiples imágenes de diferentes bandas de longitud de onda discretas.

El SPLM del equipo de Northwestern, sin embargo, puede caracterizar múltiples moléculas de tinte simultáneamente, aumentando la velocidad de imagen en muestras multiteñidas. Eliminar la necesidad de grabar varias imágenes hace que el proceso de obtención de imágenes sea más simple y menos costoso. El SPLM también es lo suficientemente sensible como para distinguir diferencias menores del mismo tipo de moléculas.

"La gente necesita una serie de filtros y cámaras para separar fotones con diferentes colores y adquirir información, ", Dijo Zhang." Puede ser bastante complicado y costoso si se emplean varias cámaras. Usando nuestra tecnología, podemos adquirir imágenes multicolores sin filtros porque sabemos qué color está asociado con qué fotones simultáneamente ".

Con el apoyo de un premio catalizador de investigación de Northwestern Engineering, la investigación se describió en línea el 25 de julio en Comunicaciones de la naturaleza . Vadim Backman, el Profesor Walter Dill Scott de Ingeniería Biomédica, y Cheng Sun, profesor asociado de ingeniería mecánica, sirvieron como coautores del artículo. Biqin Dong, un becario postdoctoral en el laboratorio de Zhang, y Luay Almassalha, un estudiante de posgrado en el laboratorio de Backman, son los primeros coautores del estudio.

Si bien Zhang planea aplicar esta nueva tecnología a su propia investigación en imágenes ópticas, cree que será útil para muchos campos, desde la ciencia de los materiales hasta las ciencias de la vida.

"Nuestro enfoque no solo mejora las imágenes de superresolución existentes mediante la captura de firmas espectroscópicas específicas de moléculas, " él dijo, "Potencialmente proporcionará una plataforma universal para desentrañar entornos a nanoescala en sistemas complejos a nivel de una sola molécula".