Investigadores demuestran microscopía de ultra 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 tintes o etiquetas. El trabajo representa un avance importante hacia un nuevo y poderoso método de microscopía que algún día podría usarse para aprender las características precisas de muestras complejas más allá de lo que es posible con los microscopios y técnicas convencionales.

El nuevo método, descrito en óptica La revista, es una modificación del microscopio de barrido láser, que utiliza un potente foco rayo laser Para iluminar una muestra. Los investigadores han ampliado esta técnica midiendo no solo el brillo o la intensidad luz Después de que interactúa con la muestra en estudio, pero también detecta otros parámetros codificados en campo de luz.

«Nuestro enfoque puede ayudar a expandir la caja de herramientas de microscopía utilizada para estudiar nanoestructuras en una variedad de muestras», dijo el líder del equipo de investigación, Peter Panzer, de la Universidad de Graz en Austria. «En comparación con las técnicas de súper resolución basadas en un enfoque de escaneo similar, nuestro método es completamente no invasivo, lo que significa que no requiere que se inyecte ninguna molécula fluorescente en una muestra antes de la obtención de imágenes».

Los investigadores demostraron que pueden medir la posición y el tamaño de las nanopartículas de oro con una precisión de varios nanómetros, incluso cuando varias partículas entran en contacto.

«Nuestro nuevo enfoque para la microscopía de barrido láser puede cerrar la brecha entre los microscopios convencionales con resolución limitada y las técnicas de resolución ultra que requieren la modificación de la muestra en estudio», dijo Banzer.

Captura más luz

En un microscopio de barrido láser, un rayo de luz Se escanea a través de la muestra y se mide la luz transmitida, reflejada o dispersada proveniente de la muestra. Aunque la mayoría de los métodos de microscopía miden la intensidad o el brillo de la luz que proviene de una muestra, también se almacena una gran cantidad de información en otras propiedades de la luz, como la fase, la polarización y el ángulo de dispersión. Para obtener esta información adicional, los investigadores examinaron la resolución espacial de la información de densidad y polarización.

“La fase y la polarización de la luz, junto con su intensidad, varían espacialmente de una manera que incluye detalles minuciosos sobre la muestra con la que interactúa, al igual que la sombra de un objeto nos dice algo sobre la forma del objeto mismo”, dice Panzer. . «Sin embargo, gran parte de esta información se ignora si solo se mide la fuerza de la luz total después de la interacción».

Demostraron el nuevo enfoque usándolo para estudiar muestras simples que contenían nanopartículas metálicas de diferentes tamaños. Hicieron esto escaneando la región de interés y luego registrando las imágenes de polarización y ángulo de la luz transmitida. Los datos medidos se evaluaron utilizando un algoritmo que crea un modelo de partículas que se adapta automáticamente para parecerse a los datos medidos con la mayor precisión posible.

«Aunque las partículas y sus distancias eran 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 exacto y la ubicación de las partículas».

Los investigadores ahora están trabajando en la adaptación del método para que pueda usarse con muestras más complejas. La funcionalidad del enfoque también se puede ampliar adaptando e integrando la estructura de la luz que interactúa con la muestra. Inteligencia artificial– Pasos de procesamiento de imágenes basado en el enfoque. En términos de detección, los autores, junto con otros expertos, están desarrollando actualmente una cámara especial como parte de un proyecto europeo llamado súper píxel. El detector de próxima generación podrá resolver la polarización y la información de fase, así como la densidad.

«Nuestro estudio es una prueba más del papel fundamental 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».