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Microscopía más allá del límite de resolución

El equipo polaco-israelí dirigido por el Dr. Radek Łapkiewicz de la Facultad de Física de la Universidad de Varsovia presentó un nuevo y revolucionario método de microscopía que teóricamente no tiene límite de resolución en la revista "Optica".

La investigación fue anunciada por la Fundación para la Ciencia Polaca (FNP) en una comunicación a PAP. Dr. Łapkiewicz es beneficiario del programa FIRST TEAM.


El desarrollo de las ciencias de la vida y la medicina requiere la observación de objetos cada vez más pequeños, por ejemplo, la estructura y la interacción de las proteínas en las células. Las muestras observadas no deben diferir de las estructuras que ocurren naturalmente en el cuerpo; por lo tanto, los métodos y reactivos no deben usarse de manera demasiado agresiva.
El microscopio óptico clásico tiene una resolución insuficiente. Debido a la longitud de onda de la luz, un microscopio de este tipo no permite la obtención de imágenes de estructuras que sean más pequeñas que unos 250 nanómetros (la mitad de la longitud de onda de la luz verde). Los objetos que están más juntos ya no se pueden distinguir. Ésta es la denominada limitación difractiva.
El microscopio electrónico tiene una resolución varios órdenes de magnitud superior a la de un microscopio óptico, pero solo nos permite observar objetos muertos que se colocan en el vacío y se bombardean con un haz de electrones. No se trata de estudiar organismos vivos o procesos que ocurren naturalmente en ellos.

Fuente de la imagen: Optica Vol. 7, Edición 10, págs. 1308-1316 (2020) •https://doi.org/10.1364/OPTICA.399600


La solución es un microscopio de fluorescencia de alta resolución (la investigación sobre el desarrollo de esta área de imágenes ganó el Premio Nobel en 2008 y 2014). Como se recuerda en la comunicación, ya existen varias técnicas de microscopía de fluorescencia. Los métodos PALM, STORM o STED se caracterizan por una alta resolución y permiten la diferenciación de objetos que están separados por una docena de nanómetros. Sin embargo, se requiere un tiempo de exposición prolongado y una preparación complicada de las preparaciones biológicas. La microscopía SIM o ISM, por otro lado, son métodos fáciles de usar, pero con una resolución significativamente limitada: permiten ver estructuras que son solo dos veces más pequeñas que el límite de difracción. Dr. Radek Łapkiewicz del Laboratorio de Óptica Cuántica de la Facultad de Física de la Universidad de Varsovia y Aleksandra Środa y Adrian Makowski, estudiantes de la Universidad de Ciencias de la Vida de Varsovia, junto con el equipo de Dan Oron del Instituto Weizmann en Israel, han mejorado el ISM existente. e introdujo una nueva tecnología, la microscopía de barrido de imágenes de fluctuación óptica de superresolución (SOFISM). Lograron demostrar que el límite de difracción se superó cuatro veces, informó la FNP.

"SOFISM ofrece un compromiso entre facilidad de uso y resolución. Creemos que nuestro método puede llenar el nicho entre técnicas complejas, difíciles de usar y de muy alta resolución y métodos de baja resolución pero fáciles de usar. SOFISM no tiene límite teórico de resolución, pero lo tenemos en nuestro trabajo presentamos resultados en los que excedimos el límite de difracción cuatro veces. En el artículo también mostramos que el método SOFISM tiene un alto potencial para obtener imágenes de estructuras biológicas tridimensionales ", dice el Dr. . Radek Łapkiewicz, citado en la comunicación.

El método desarrollado por los físicos de Varsovia es técnicamente muy accesible. Es suficiente -como leemos en el comunicado- modificar ligeramente el microscopio confocal comúnmente utilizado en los laboratorios (sustitución del fotomultiplicador por un detector de matriz SPAD), alargar ligeramente el tiempo de medición y cambiar el procedimiento de manipulación de datos.

"Hasta hace poco, los detectores de matriz SPAD eran costosos e inadecuados para aplicaciones como la nuestra. Esa situación ha cambiado recientemente. Desde el año pasado, han estado disponibles nuevos detectores SPAD que incorporan tecnología y se han eliminado las barreras de precios. Por lo tanto, creemos que la microscopía de fluorescencia técnicas como el SOFISM pueden convertirse en técnicas comunes para exámenes microscópicos en unos pocos años ". - enfatiza el Dr. Łapkiewicz.

La publicación es aquí de encontrar.