Normalmente, el microscopio ve en superresolución con material que contrae la luz especialmente diseñado

Este material que contrae la luz convierte un microscopio óptico convencional en un microscopio superclaro. Crédito: Jungjiang Zhao

Los ingenieros eléctricos de la Universidad de California en San Diego han desarrollado una tecnología que mejora la resolución de un microscopio de luz normal para que pueda usarse para ver directamente las mejores estructuras y detalles en las células vivas.

La tecnología llama a un microscopio óptico convencional microscopio de superresolución. Contiene un material especialmente diseñado que reduce la longitud de onda de la luz al iluminar el modelo; esta luz comprimida dirige el microscopio a imágenes de alta resolución.

“Este material convierte la luz de baja resolución en luz de alta resolución”, dice U.C. Dijo Joao Liu, profesor de ingeniería eléctrica e informática en San Diego. “Es muy sencillo y fácil de usar. Coloque una muestra en el objeto y luego coloque todo bajo un microscopio normal, no se requieren cambios sofisticados. “

Microscopía inversa de material fotorretráctil

Material montado en la plataforma del microscopio inverso. Crédito: Jungjiang Zhao

Creado en Comunicaciones de la naturaleza, Supera la amplia gama de microscopios ópticos convencionales: baja resolución. Los microscopios ópticos son útiles para obtener imágenes de células vivas, pero no se pueden usar para hacer que parezcan más pequeñas. Los microscopios ópticos convencionales tienen un rango de resolución de 200 nanómetros, lo que significa que ningún objeto más cercano a esta distancia puede considerarse un objeto. Hay instrumentos más potentes, como los microscopios electrónicos, que tienen la resolución de subsistemas de visualización y no se pueden utilizar para disparar células porque las muestras deben colocarse en una cámara de vacío.

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“El gran desafío es encontrar una tecnología que tenga la resolución más alta y sea segura para las células vivas”, dijo Liu.

La tecnología desarrollada por el equipo de Liu combina ambos aspectos. Con esto, se puede usar un microscopio óptico convencional para disparar estructuras de subgrupos en vivo con una resolución de hasta 40 nanómetros.

Microscopio con metamorfosis hiperbólica

Comparación de imágenes tomadas con un microscopio óptico con y sin metamaterial hiperbólico (columna izquierda) y sin metamaterial hiperbólico (columna derecha): dos perlas iluminadas de cerca (fila superior), puntos cuánticos (fila central) y fibra de actina en COS-7 celdas (fila inferior). Crédito: Nature Communications

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 vidrio de sílice y plata de un grosor nanométrico. A medida que la luz la atraviesa, sus longitudes de onda se encogen y se dispersan, creando patrones de moteado aleatorios continuos de alta resolución. Cuando un modelo se monta en un tobogán, se ilumina de diferentes formas mediante esta serie de patrones de luz moteada. Esto crea una serie de imágenes de baja resolución, todas las cuales se capturan y luego se combinan mediante un mecanismo de reconstrucción para crear una imagen de alta resolución.

Los investigadores probaron su tecnología con un microscopio inverso empresarial. Pudieron capturar características finas como la fibra de actina en células CAS-7 con nombre resplandeciente, características que no se podían detectar claramente con un microscopio. La tecnología también permitió a los investigadores distinguir claramente pequeñas perlas incandescentes y puntos cuánticos a intervalos de 40 a 80 nanómetros.

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Los investigadores dijeron que la tecnología de superresolución tiene un gran potencial para el funcionamiento a alta velocidad. Su objetivo es combinar alta velocidad, superresolución y baja fototoxicidad en un sistema para la obtención de imágenes de células vivas.

El equipo de Liu ahora está expandiendo la tecnología para realizar imágenes de alta resolución en un espacio tridimensional. Esta tecnología de papel actual muestra que es posible crear imágenes de alta resolución en un plano bidimensional. El grupo de Liu era previamente un Papel Esta tecnología muestra la capacidad de disparar con una resolución de impresión ultra alta (aproximadamente 2 nanómetros). Ahora están en el proceso de fusionar los dos.

Nota: Yeon Yui Lee, Jung Xiang Zhao, Qian Ma, Larus Kosrawi Korashat, Clara Bosner, Guangru Li, G. Bimananda M. Visna, Zachary Burns, Jin Zhang y Zhao, 10 de marzo de 2021, Comunicaciones de la naturaleza.
DOI: 10.1038 / s41467-021-21835-8

El trabajo fue apoyado por la Fundación Gordon & Betty Moore y los Institutos Nacionales de Salud (R35 CA197622). El trabajo fue encargado por U.C., miembro de la Infraestructura Nacional de Integración de Nanotecnología.

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