Físicos de Dresde y Würzburg han desarrollado un método novedoso para microscopía óptica, obtención de imágenes de alta resolución utilizando motores biológicos y puntos cuánticos individuales.

La resolución de la microscopía óptica convencional está limitada por el principio físico fundamental de difracción a aproximadamente la mitad de la longitud de onda de la luz:si la distancia entre dos objetos es menor que este llamado "límite de difracción, "ya no se pueden separar visualmente; la imagen aparece" borrosa ". Para adquirir imágenes ópticas en la escala de unos pocos nanómetros, esto claramente no es suficiente.

Por esta razón, Los científicos de todo el mundo han desarrollado técnicas elaboradas para eludir el límite de difracción y así aumentar la resolución. Sin embargo, el esfuerzo técnico necesario para hacerlo es considerable, y generalmente se requieren conjuntos de microscopios altamente especializados. En particular, la investigación de campos ópticos cercanos sigue representando un gran desafío, porque están tan fuertemente localizados que no pueden enviar ondas a un detector distante.

En un nuevo estudio, Los físicos de la Julius-Maximilians-Universität Würzburg (JMU) y la Technische Universität Dresden ahora demuestran que es posible medir estos campos cercanos con un esfuerzo significativamente menor. Utilizaron un sistema de transporte biomolecular para deslizar muchas nano-sondas ópticas extremadamente pequeñas sobre una superficie. Presentan sus resultados en la edición actual de la reconocida revista Nanotecnología de la naturaleza .

"Como sondas, utilizamos los llamados puntos cuánticos, pequeñas partículas fluorescentes de unos pocos nanómetros de tamaño, ", dice el profesor Bert Hecht en la JMU; supervisó el proyecto conjuntamente con el profesor Stefan Diez de TU Dresden.

Las denominadas proteínas motoras y microtúbulos hacen que los puntos cuánticos pasen sobre el objeto a examinar. "Estos dos elementos se encuentran entre los componentes fundamentales de un sistema de transporte intracelular, "explica Diez." Los microtúbulos son complejos de proteínas tubulares de hasta varias décimas de milímetros de largo, que forman una importante red de rutas de transporte dentro de las células. Las proteínas motoras corren a lo largo de estas rutas, transportar cargas intracelulares de un lugar a otro, "dice Hecht.

Los físicos aprovecharon este concepto, pero en orden inverso:"Las proteínas motoras se fijan a la superficie de la muestra y pasan los microtúbulos sobre ellas, una especie de 'inmersión en el escenario' con biomoléculas, "dice Heiko Groß, Doctor. estudiante en el grupo Hecht. Los puntos cuánticos que sirven como sondas ópticas están unidos a los microtúbulos y se mueven junto con su portador.

Dado que un solo punto cuántico tomaría mucho tiempo para escanear una gran área de superficie, los investigadores utilizaron grandes cantidades de puntos cuánticos y proteínas motoras, que se mueven al mismo tiempo, y así escanear un área grande en poco tiempo. "Utilizando este principio, podemos medir campos de luz local en un área grande con una resolución de menos de cinco nanómetros usando una configuración que se asemeja a un microscopio óptico clásico, "explica el físico. En comparación, un nanómetro equivale a una millonésima de milímetro.

Los físicos probaron su método en una fina capa de oro con rendijas estrechas de menos de 250 nanómetros de ancho. Estas ranuras se iluminaron desde abajo con luz láser azul. "La luz que atraviesa estos espacios estrechos se limita al ancho del espacio, lo que lo hace ideal para demostrar microscopía óptica de alta resolución, "dice Gross.

Durante la medición, un "enjambre de microtúbulos" se desliza simultáneamente en diferentes direcciones a través de la superficie de la capa de oro. Usando una cámara, la posición de cada punto cuántico transportado se puede determinar exactamente en intervalos de tiempo definidos. Si un punto cuántico se mueve a través del campo óptico cercano de una rendija, se ilumina con más fuerza y, por lo tanto, actúa como sensor óptico. Dado que el diámetro del punto cuántico es solo de unos pocos nanómetros, la distribución de la luz dentro de la ranura se puede determinar con extrema precisión, evitando así el límite de difracción.

Otra buena característica de este enfoque es que, debido a su longitud y resistencia, un microtúbulo se mueve de una manera extremadamente recta y predecible a través de la superficie de la muestra revestida con motor. "Esto hace posible determinar la posición de los puntos cuánticos con una precisión 10 veces mayor que con los métodos de microscopía de alta resolución previamente establecidos". "explica el Dr. med. Jens Ehrig, ex becario postdoctoral en el grupo Diez y actual director de la instalación de "Imagen y manipulación molecular" en el Centro de Bioingeniería Molecular y Celular (CMCB) de la TU de Dresde. Es más, Pueden excluirse las perturbaciones causadas por artefactos debidos al acoplamiento de campo cercano. Dado que el sistema de transporte consta de solo unas pocas moléculas, su influencia sobre los campos ópticos cercanos es insignificante.

Los investigadores esperan utilizar su idea para establecer una nueva tecnología en el campo de la microscopía de superficie. En todo caso, están convencidos de que este tipo de microscopía tiene aplicaciones en la inspección óptica de superficies nanoestructuradas. En un próximo paso, los investigadores quieren utilizar este sistema de transporte molecular para acoplar puntos cuánticos a resonadores ópticos de campo cercano preparados específicamente para estudiar su interacción.