Medições precisas da intensidade da luz fornecem dados vitais para cientistas e aplicações diárias. Por exemplo, valores precisos ajudam a otimizar os sinais microscópicos, desencadear processos fisiológicos no cérebro e conduzir reações de absorção de luz, ao mesmo tempo que permitem que diferentes equipes de pesquisa compartilhem e reproduzam resultados experimentais.



"Hoje em dia, uma vasta comunidade de biólogos, químicos, engenheiros e físicos está preocupada em fornecer números precisos de fótons", explica uma equipe de pesquisa cujo trabalho acaba de ser publicado na Nature Methods. . Em maior escala, a precisão também é essencial para tarefas críticas, como purificação de água e fototerapia.

No entanto, a maioria das abordagens carece de versatilidade e usabilidade. Por exemplo, a maioria dos métodos não consegue quantificar a intensidade da luz e a distribuição espacial simultaneamente ou só pode fazê-lo através de uma gama limitada de comprimentos de onda e intensidades de luz.

Para fornecer uma alternativa versátil às limitações das abordagens atuais, a equipe de pesquisa desenvolveu dois protocolos complementares usando novos actinômetros – sistemas físicos ou químicos que podem quantificar fótons. Por serem soluções líquidas, os actinômetros podem ser utilizados em amostras de diversos formatos e tamanhos. Ainda assim, a maioria não é muito precisa ou compatível com sistemas de imagem e geralmente está limitada a comprimentos de onda e intensidades de luz específicos.

Para superar essas limitações, a equipe utilizou actinômetros baseados em fluorescência, que se mostraram mais rápidos, mais sensíveis e capazes de fornecer dados mais acessíveis aos sistemas de imagem.

O primeiro protocolo utiliza cinco actinômetros moleculares – cobrindo todo o espectro da luz ultravioleta e visível – que emitem sinais fluorescentes ao absorver a luz de excitação que os pesquisadores desejam medir. Sob certas condições, este protocolo também pode mapear a distribuição espacial da intensidade da luz. A equipe testou vários tipos de actinômetros, desde produtos químicos sintéticos para químicos até proteínas e organismos fotossintéticos para biólogos.

“Queríamos tornar os actinômetros fluorescentes acessíveis a diferentes comunidades de usuários finais”, afirmam os pesquisadores.

O segundo protocolo complementa os actinômetros fluorescentes do primeiro, pois devido às suas faixas limitadas de absorção de luz, são necessários vários actinômetros para cobrir toda a faixa de comprimentos de onda. Este protocolo usa um fluoróforo estável – um produto químico que pode reemitir luz após excitação luminosa – para calcular novamente a intensidade da luz de um comprimento de onda para outro.

“Juntos, os dois novos protocolos podem ser usados ​​em situações de luz fraca, períodos mais curtos e faixa de comprimento de onda maior que os métodos convencionais”, afirma o grupo.

A equipe de pesquisa aplicou com sucesso os protocolos para caracterizar a distribuição espacial da luz em diferentes sistemas de imagens de fluorescência, demonstrando sua versatilidade e precisão. Os protocolos também foram usados ​​para calibrar a iluminação em instrumentos e fontes de luz disponíveis comercialmente.

Esses protocolos poderiam ser aplicados em microscopia confocal e de campo amplo, permitindo medição precisa da intensidade da luz em amostras biológicas. A equipe diz:“Prevemos que [nossos protocolos] irão melhorar nossa compreensão de como a luz afeta a saúde e a viabilidade das amostras biológicas”. Mesmo ambientes complexos podem ser estudados, como dentro de géis ou profundamente dentro de tecidos, uma característica essencial para DREAM na sua missão de registar a dinâmica da regulação da fotossíntese em microalgas ou plantas.

A introdução desses métodos de actinometria baseados em fluorescência representa um avanço significativo na medição precisa da intensidade da luz. Com acesso online às propriedades do actinômetro e aos aplicativos de processamento de dados fáceis de usar, os pesquisadores e engenheiros devem agora estar equipados para medir com precisão a intensidade da luz e compartilhar dados confiáveis ​​e reprodutíveis entre disciplinas.

Mais informações: Aliénor Lahlou et al, Fluorescência para medir a intensidade da luz, Nature Methods (2023). DOI:10.1038/s41592-023-02063-y
Informações do diário: Métodos da Natureza

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