Microscopio inspirado en un telescopio ve moléculas en 6D

La nueva tecnología, inspirada en parte por el diseño del Telescopio Espacial James Webb (JWST), utiliza segmentos de espejos para clasificar y recolectar luz a escala microscópica, y capturar imágenes de moléculas con un nuevo nivel de resolución: posición y orientación, cada una en tres dimensiones.

Los detalles de este nuevo sistema, desarrollado por Oumeng Zhang, un recién graduado de doctorado del laboratorio de Matthew Lew, profesor asociado de ingeniería eléctrica y de sistemas en la Escuela de Ingeniería McKelvey de la Universidad de Washington en St. Louis, se publicaron en diciembre. 5 en el diario Fotónica de la naturaleza.

Como el telescopio espacialel reflector multivista con polarización radial y azimutal (raMVR) microscopio depende de reunir la mayor cantidad de luz posible. Pero en lugar de usar esa luz para ver cosas en la distancia, la usa para discernir diferentes características de pequeñas moléculas fluorescentes unidas a proteínas y membranas celulares.

“La configuración está parcialmente inspirada en los telescopios”, dijo Zhang. “Es una configuración muy similar. En lugar de la forma familiar de panal del JWST, usamos espejos en forma de pirámide”.

Actualmente, los microscopios en este campo enfrentan desafíos para crear imágenes biológicas. Por un lado, esas pequeñas cantidades de luz emitidas por moléculas fluorescentes son sensibles a las más mínimas aberraciones, incluido el ambiente turbio dentro de una célula. Por esta razón, la obtención de imágenes precisas depende más del procesamiento informático para ordenar la orientación después de capturar una imagen.

“Considere crear una imagen en color cuando solo tenga sensores de cámara en escala de grises”, dijo Lew. “Puedes intentar recrear el color usando una herramienta de cálculo, o puedes medirlo directamente usando un sensor de color, que usa varios filtros de color absorbentes encima de diferentes píxeles para detectar colores.

De manera similar, los microscopios estándar simplemente no detectan la orientación de las moléculas. El microscopio raMVR utiliza óptica polarizadora llamada placas de ondas con sus espejos en forma de pirámide para separar la luz en ocho canales, cada uno de los cuales representa una parte diferente de la posición y orientación de la molécula.

En particular, el microscopio raMVR no es una tecnología pequeña. Pero más pequeño no siempre es mejor.

“En la vanguardia de la física de la ingeniería, a menudo tenemos que hacer concesiones para que nuestros instrumentos sean compactos”, dijo Lew. “Aquí, decidimos adoptar un enfoque diferente: ¿Cómo podríamos usar cada precioso bit de luz para hacer la medición más precisa posible? Es absolutamente divertido pensar de manera diferente sobre la arquitectura de un microscopio, y aquí, creemos que el nuevo 6D las imágenes y su rendimiento permitirán nuevos descubrimientos científicos en un futuro próximo”.