Microscopia além do limite de resolução

A equipe polonês-israelense liderada pelo Dr. Radek Łapkiewicz da Faculdade de Física da Universidade de Varsóvia apresentou um método novo e revolucionário de microscopia que teoricamente não tem limite de resolução na revista "Optica".

A pesquisa foi anunciada pela Fundação para a Ciência Polonesa (FNP) em uma comunicação ao PAP. Dr. Łapkiewicz recebeu o programa FIRST TEAM.

O desenvolvimento das ciências da vida e da medicina requer a observação de objetos cada vez menores - por exemplo, a estrutura e a interação das proteínas nas células. As amostras observadas não devem diferir das estruturas que ocorrem naturalmente no corpo - portanto, os métodos e reagentes não devem ser usados ​​de forma muito agressiva.
O microscópio óptico clássico tem resolução insuficiente. Devido ao comprimento de onda da luz, esse microscópio não permite a geração de imagens de estruturas menores do que cerca de 250 nanômetros (metade do comprimento de onda da luz verde). Objetos que estão mais próximos não podem mais ser distinguidos. Isso é conhecido como limitação difrativa.
O microscópio eletrônico tem uma resolução várias ordens de magnitude maior do que um microscópio de luz, mas nos permite observar apenas objetos mortos que são colocados no vácuo e bombardeados com um feixe de elétrons. Não se trata de estudar organismos vivos ou os processos que ocorrem naturalmente neles.

Fonte da imagem: Optica Vol. 7, Issue 10, pp. 1308-1316 (2020) •https://doi.org/10.1364/OPTICA.399600

A solução é um microscópio de fluorescência de alta resolução (a pesquisa para o desenvolvimento dessa área de imagem ganhou o Prêmio Nobel em 2008 e 2014). Como é lembrado na comunicação, já existem várias técnicas de microscopia de fluorescência. Os métodos PALM, STORM ou STED são caracterizados por uma alta resolução e permitem a diferenciação de objetos que estão separados por apenas XNUMX nanômetros. No entanto, é necessário um longo tempo de exposição e uma preparação complicada das preparações biológicas. Microscopia SIM ou ISM, por outro lado, são métodos fáceis de usar, mas com resolução significativamente limitada - eles permitem que estruturas sejam vistas que são apenas duas vezes menores que o limite de difração. Dr. Radek Łapkiewicz do Laboratório de Óptica Quântica da Faculdade de Física da Universidade de Varsóvia e Aleksandra Środa e Adrian Makowski - alunos da Universidade de Ciências da Vida de Varsóvia - juntamente com a equipe de Dan Oron do Instituto Weizmann em Israel, melhoraram o ISM existente e introduziu uma nova tecnologia, a microscopia óptica de flutuação de imagem de super-resolução (SOFISM). Eles conseguiram mostrar que o limite de difração foi superado quatro vezes, informou a FNP.

"O SOFISM oferece um meio-termo entre facilidade de uso e resolução. Acreditamos que nosso método pode preencher o nicho entre técnicas complexas, difíceis de usar e de alta resolução e métodos de baixa resolução, mas fáceis de usar. O SOFISM não tem limite teórico de resolução, mas tem em nosso trabalho apresentamos resultados em que ultrapassamos o limite de difração quatro vezes. No artigo também mostramos que o método SOFISM tem um alto potencial para imagiologia de estruturas biológicas tridimensionais ”, afirma o Dr. . Radek Łapkiewicz, citado na comunicação.

O método desenvolvido pelos físicos de Varsóvia é tecnicamente muito acessível. Como lemos no comunicado, é suficiente modificar ligeiramente o microscópio confocal comumente usado em laboratórios (substituição do fotomultiplicador por um detector de array SPAD), para estender um pouco o tempo de medição e alterar o procedimento de tratamento de dados.

"Até recentemente, os detectores de matriz SPAD eram caros e inadequados para aplicações como a nossa. Essa situação mudou recentemente. Novos detectores SPAD estão disponíveis desde o ano passado que incorporam a tecnologia e as barreiras de preço foram removidas. Portanto, acreditamos que microscópico de fluorescência técnicas como SOFISM podem se tornar técnicas comuns para exames microscópicos dentro de alguns anos ". - enfatiza o Dr. Łapkiewicz.

A publicação é aqui de encontrar.