O campo da pesquisa em microscopia óptica se desenvolveu rapidamente nos últimos anos. Graças à invenção de uma técnica chamada microscopia de fluorescência de super-resolução, recentemente tornou-se possível visualizar até as partes menores de uma célula viva. Agora, fazendo um refinamento inteligente dessa técnica, os pesquisadores da TU Delft ampliaram ainda mais seus limites. Onde anteriormente objetos medindo até 10-20 nanômetros podiam ser observados, seu método torna possível focar em estruturas de até 3 nanômetros de diâmetro.

Os microscópios caseiros do comerciante de tecidos Delft e cientista Antoni van Leeuwenhoek tinham uma resolução de menos de um micrômetro, o que lhe permitiu observar estruturas como bactérias e espermatozoides. Mas mesmo no século XVII, Van Leeuwenhoek já estava se aproximando do chamado 'limite de difração', um limite teórico além do qual dois pontos adjacentes não podem ser distinguidos sob um microscópio óptico. Este limite é determinado em parte pelo comprimento de onda da luz que está sendo usada. De acordo com a teoria, o tamanho máximo do objeto que você pode criar imagens usando um microscópio convencional é a metade desse comprimento de onda. Qualquer coisa menor é impossível de colocar em foco.

O limite de difração foi por muito tempo considerado um limite rígido, determinado pelas leis da natureza. Mas, aplicando truques inteligentes, os físicos finalmente conseguiram cruzá-lo. Há não muito tempo atrás, em 2014, o Prêmio Nobel de Química foi concedido aos três pesquisadores que inventaram a solução alternativa, conhecido como 'microscopia de fluorescência de super-resolução'. Nesta técnica, certas proteínas ou moléculas tornam-se fluorescentes por modificação genética. O sinal de luz fraco que eles emitem pode então ser capturado com a ajuda de um microscópio óptico. "Na prática, no entanto, "diz o pesquisador Bernd Rieger, "o problema de tornar as proteínas fluorescentes é que você não pode rotular todas as de um tipo específico. Apenas 30-50 por cento delas, no máximo. Quando você começa a fazer medições, você vê apenas uma série de pontos luminosos individuais, não a estrutura completa que você está tentando visualizar. "

Para resolver o problema, os pesquisadores de Delft desenvolveram uma adaptação à microscopia de super-resolução. Isso é comparável ao que é conhecido na fotografia como 'composição':empilhar várias imagens para criar uma única imagem composta. “A média das informações de diferentes medidas já estava sendo feita em microscopia eletrônica, "explica o pesquisador Sjoerd Stallinga." Mas essa é uma tecnologia completamente diferente. Nosso candidato ao doutorado, Hamidreza Heydarian, levou dois anos para converter a técnica para uso em microscopia óptica. "

Um problema era que combinar centenas, se não milhares, de 'instantâneos' requer uma grande quantidade de poder de processamento. Com um computador normal, levou vários dias para construir uma imagem nítida de todos os dados. "Felizmente, "diz Rieger, "graças à indústria de jogos de computador, temos acesso a placas gráficas capazes de calcular extremamente bem em paralelo. "Um programador do Netherlands eScience Centre em Amsterdã juntou-se ao projeto e converteu um algoritmo existente para PCs normais em um que os pesquisadores pudessem rodar em tal placa gráfica. , as medições agora podem ser combinadas em uma única imagem dentro de algumas horas.

Esta pesquisa está estreitando a lacuna entre a microscopia eletrônica e a óptica, o que é importante porque as duas técnicas fornecem resultados diferentes e, portanto, são complementares, mas ainda estão muito distantes em termos de suas possibilidades. "Os melhores microscópios eletrônicos são 30 a 50 vezes mais poderosos do que os melhores ópticos, "diz Stallinga." Aproximar os dois mundos pode levar a novos insights biológicos. "

De acordo com os pesquisadores, sua técnica - que já alcança resoluções no nível de três nanômetros - deve permitir a visualização de estruturas de apenas um nanômetro. Abaixo desse limite, as dimensões dos rótulos fluorescentes tornam-se um fator limitante.

Os resultados foram publicados na revista Métodos da Natureza .