Los investigadores demuestran microscopía de súper resolución sin etiquetas

Los investigadores han desarrollado un nuevo enfoque de medición e imagen que puede resolver nanoestructuras más pequeñas que el límite de difracción de la luz sin necesidad de colorantes ni marcadores. Este trabajo representa un paso importante hacia un nuevo y poderoso método de microscopía que algún día podría usarse para ver las características finas de muestras complejas más allá de lo que es posible con los microscopios y técnicas convencionales.

El nuevo método, descrito en Óptico Journal, es una modificación de la microscopía de barrido láser, que utiliza un rayo laser iluminar una muestra. Los investigadores desarrollaron la técnica midiendo no solo el brillo o la intensidad de la luz después de interactuar con un espécimen en estudio, sino también mediante la detección de otros parámetros codificados en el campo de luz.

“Nuestro enfoque podría ayudar a ampliar la caja de herramientas de microscopía utilizada para estudiar nanoestructuras en una variedad de muestras”, dijo el líder del equipo de investigación, Peter Banzer, de la Universidad de Graz en Austria. “En comparación con las técnicas de superresolución basadas en un enfoque de escaneo similar, nuestro método es completamente no invasivo, lo que significa que no requiere la inyección de moléculas fluorescentes en una muestra antes de la obtención de imágenes”.

Los investigadores demuestran que pueden medir la posición y el tamaño de las nanopartículas de oro con una precisión de varios nanómetros, incluso cuando varias partículas se tocan entre sí.

“Nuestro nuevo enfoque para la microscopía de escaneo láser podría cerrar la brecha entre los microscopios convencionales de resolución limitada y las técnicas de súper resolución que requieren la modificación de la muestra en estudio”, dijo Banzer.

Captura más luz

En microscopía de barrido láser, un Rayo de luz se escanea a través de la muestra y se mide la luz transmitida, reflejada o dispersada de la muestra. Bien que la plupart des méthodes de microscopie mesurent l’intensité ou la luminosité de la lumière provenant de l’échantillon, de nombreuses informations sont également stockées dans d’autres caractéristiques de la lumière telles que sa phase, sa polarisation et l’angle de difusión. Para capturar esta información adicional, los investigadores observaron la resolución espacial de la información de intensidad y polarización.

“La fase y la polarización de la luz, así como su intensidad, varían en el espacio de una manera que incorpora detalles finos sobre la muestra con la que interactúa, al igual que la sombra de un objeto nos dice algo sobre la forma del objeto mismo. dijo Banzer. “Sin embargo, gran parte de esta información se ignora si solo se mide la salida de luz general después de la interacción”.

Demostraron el nuevo enfoque usándolo para estudiar muestras individuales que contenían nanopartículas metálicas de diferentes tamaños. Hicieron esto escaneando el área de interés y luego registrando las imágenes de polarización y resolución angular de la luz transmitida. Los datos medidos se evaluaron utilizando un algoritmo que crea un modelo de las partículas que se adapta automáticamente para parecerse lo más posible a los datos medidos.

“Aunque las partículas y sus distancias son mucho más pequeñas que el límite de resolución de muchos microscopios, nuestro método pudo resolverlas”, dijo Banzer. “Además, y lo que es más importante, el algoritmo pudo proporcionar otros parámetros sobre la muestra, como el tamaño y la posición precisos de las partículas”.

Los investigadores ahora están trabajando para adaptar el método para que pueda usarse con muestras más complejas. La funcionalidad del enfoque también se puede ampliar adaptando la estructura de la luz que interactúa con la muestra e incorporando inteligencia artificial– enfoques basados ​​en pasos de procesamiento de imágenes. En el lado de la detección, los autores, junto con otros expertos, están desarrollando actualmente una cámara especial como parte de un proyecto europeo llamado Superpíxeles. Este dispositivo de detección de próxima generación podrá resolver la polarización y la información de fase además de la intensidad.

“Nuestro estudio es otra demostración del papel central que puede desempeñar la estructura de la luz en el campo de la óptica y las tecnologías basadas en la luz”, dijo Banzer. “Ya se han demostrado muchas aplicaciones y fenómenos intrigantes, pero hay más por venir”.