p A microscopia de fluorescência de lâmina de luz é um método de imagem novo e excitante que aproveita lâminas finas de luz para fazer imagens de grandes amostras biológicas, como embriões de mosca e peixes, camundongos e até pedaços de tecido humano. E seu uso pode levar a um diagnóstico menos intrusivo e mais eficaz para os pacientes. p Na Universidade de St Andrews, recentemente utilizamos as propriedades incomuns de feixes de laser moldados para obter uma imagem mais clara e mais profunda dentro dos espécimes - usando feixes que dobram e curvam os cantos arredondados e ficam mais brilhantes, em vez de escurecer, enquanto viajam.

p Em contraste, Se você colocar um dedo brevemente na frente de um apontador laser convencional, notará que seu dedo brilha à medida que o feixe espalha a luz em todas as direções e apenas uma pequena quantidade de luz - se houver alguma - passa.

p A microscopia se desenvolveu em um grande ritmo desde seu desenvolvimento, há mais de 350 anos, no entanto, continua sendo um desafio gerar imagens de grandes amostras tridimensionais (3-D). Isso significa que as amostras biológicas tendem a ser camadas de células únicas cultivadas em uma lâmina de vidro fina, que não é um cenário muito realista.

p As pessoas são seres 3-D e a pesquisa de doenças precisa levar isso em consideração. Se uma pessoa recebe um medicamento para uma doença, seria bom se não causasse outro. É por esta razão que muitas pesquisas biomédicas estão se movendo em direção a modelos 3-D para estudar com mais precisão doenças como Alzheimer e Parkinson.

p Contudo, A microscopia de fluorescência de folha de luz é uma tecnologia particularmente adequada para gerar imagens de grandes volumes rapidamente e sem causar nenhum dano. A geometria para essa forma de microscopia foi desenvolvida originalmente no início do século 20 para auxiliar o estudo das nanopartículas.

p Richard Zsigmondy ganhou o Prêmio Nobel de Química em 1925, em parte por desenvolver essa tecnologia - mas depois ela caiu em desuso. Foi apenas com o advento da iluminação a laser e biomarcadores fluorescentes de ocorrência natural que a microscopia de luz, nas últimas duas décadas, viu um renascimento na imagem biomédica.

p Virador de páginas

p A falta de contraste em uma imagem pode ser um obstáculo significativo quando se trata de imagens de grandes amostras. É o equivalente a tentar ler um livro com páginas transparentes no escuro.

p Se você apontar uma tocha para o livro, as palavras na página ficarão visíveis, mas você também verá as palavras na frente e atrás da página que está lendo - tornando extremamente difícil saber qual palavra veio de qual página. O mesmo problema se aplica ao tentar ver o interior de grandes amostras usando microscopia de fluorescência.

p Ao ler o caminho da folha de luz, o livro se torna acessível novamente simplesmente segurando a tocha ao lado do livro e iluminando cada página separadamente.

p Na microscopia de folha de luz, uma fina folha de luz é enviada para o lado da amostra, que corta a parte que você deseja observar. Por aqui, a fluorescência ainda é gerada no plano de interesse, mas não em qualquer outro lugar e o resultado final é nítido, imagem clara. Ao tornar a folha de luz mais fina, objetos menores se tornam visíveis.

p O verdadeiro desafio é fazer uma folha de luz superfina que corta uma amostra inteira. Apesar da abordagem de imagem inovadora, a lâmina de luz ainda é regida pelas regras da ótica. Um feixe de laser padrão - conhecido como feixe gaussiano - é limitado pela divergência.

p Se você focar um feixe gaussiano até um ponto, ele irá divergir e expandir depois. Se você focar com mais força, ele se expandirá mais rapidamente. Isso limita o comprimento de folhas de luz superfinas, e por isso não pode ser usado para criar imagens de objetos grandes.

p Os pesquisadores começaram a explorar o uso de feixes exóticos com propriedades incomuns para a criação de lâminas de luz em 2010. Esses feixes enganam a divergência e não mudam sua forma ou tamanho à medida que viajam e, portanto, podem permanecer finos em distâncias muito maiores do que um feixe gaussiano padrão, dando um microscópio com alta resolução e uma grande área de imagem.

p Feixes exóticos para a vitória

p Vigas Bessel e Vigas Airy, que foi dito para dar uma "vitória tripla" para microscopia, são os mais notáveis ​​dos feixes exóticos para quebrar as regras.

p Não apenas esses feixes exóticos permitem maior resolução em uma grande área de imagem, mas também distribuem sua energia, protegendo assim a amostra dos danos intensos da irradiação do laser. Eles também resistem à dispersão e, portanto, não ficam distorcidos, resultando em imagens e folhas de luz de alta qualidade.

p Recentemente, assumimos o controle da forma dessas vigas especiais, utilizando feixes e placas de luz que podem aumentar em intensidade e tornar-se mais brilhantes à medida que viajam. Usar lâminas de luz que se tornam mais brilhantes significa que obtemos mais sinal de dentro das amostras, onde a absorção normalmente faria com que a lâmina de luz e a imagem ficassem barulhentas e muito mais fracas.

p A técnica depende do controle da forma como a energia é distribuída dentro da amostra. A maneira ingênua de obter mais sinal de áreas mais profundas de uma amostra seria aumentar a potência do laser, o que poderia causar muitos danos à superfície da amostra. Ao concentrar seletivamente mais energia apenas nas camadas profundas, podemos aumentar o sinal de uma forma que não deve prejudicar o espécime.

p Nossa pesquisa mostrou que esta abordagem de luz moldada é benéfica para imagens de folha de luz, mas também esperamos que possa ultrapassar os limites de uma série de outras técnicas de imagem óptica, como tomografia de coerência óptica - uma espécie de método de imagem de "ultrassom óptico" que está encontrando muitas aplicações clínicas, incluindo imagens de retina.

p É um momento emocionante para trabalhar com vigas tão exóticas. p Este artigo foi publicado originalmente em The Conversation. Leia o artigo original.