A microscopia é uma ferramenta essencial em vários campos de pesquisa e indústrias, como biologia, Medicina, Ciência de materiais, e controle de qualidade, para nomear alguns. Embora existam muitas técnicas de microscopia, cada um tem prós e contras, principalmente em termos de resolução espacial, velocidade (imagens por segundo), e aplicabilidade. Por exemplo, a microscopia eletrônica de varredura pode capturar imagens com resolução nanométrica, mas oferece velocidade menor e é impraticável para certas amostras. Outras técnicas de microscopia baseada em luz mais simples, como microscopia de fluorescência, não são adequados para visualizar células vivas ou outras estruturas pequenas porque geralmente são transparentes e finas, o que resulta em baixa absorção de luz.

Os cientistas desenvolveram uma técnica chamada microscopia de abertura sintética (SAM), que faz uso de uma propriedade intrínseca da luz, chamada de fase. Esta propriedade se refere ao atraso relativo entre duas ondas eletromagnéticas. Quando as ondas de luz passam por uma amostra alvo, suas fases relativas mudam de forma diferente de acordo com as propriedades ópticas em cada ponto na amostra e o ângulo de incidência da luz. No SAM, imagens de várias fases podem ser obtidas em rápida sucessão com diferentes ângulos de incidência. Essas imagens são então processadas e combinadas para formar uma imagem mais nítida.

Embora o SAM seja, sem dúvida, uma abordagem promissora, as implementações atuais carecem de resolução espacial e taxa de quadros para serem úteis para aplicativos emergentes. Para resolver esses problemas, uma equipe de pesquisadores liderada por Renjie Zhou da Universidade Chinesa de Hong Kong desenvolveu recentemente um novo método SAM. Em seu estudo, publicado em Fotônica Avançada , a equipe apresenta uma configuração inovadora para imagens SAM com base em dispositivos de microespelhos digitais (DMDs).

DMDs são componentes eletrônicos amplamente usados ​​em projetores digitais comerciais. Eles possuem uma matriz de micro-espelhos cuja orientação pode ser controlada individual e eletronicamente em altas velocidades. Usando dois DMDs e lentes apropriadas, os pesquisadores desenvolveram um esquema no qual o ângulo de um feixe de laser que atinge a amostra pode ser alterado milhares de vezes por segundo. Uma vez que a luz passou pela amostra, ele é combinado com uma parte do laser original para produzir um padrão de luz conhecido como interferograma, que carrega as informações de fase. Para criar a imagem da fase final, vários interferogramas para diferentes ângulos de incidência são combinados usando algoritmos especialmente projetados.

Os pesquisadores testaram seu novo método usando vários tipos de amostras, como grades nanométricas, glóbulos vermelhos, e células cancerosas. Os resultados foram muito promissores em todos os setores, como Zhou observa, "Usando nossa abordagem baseada em DMD, poderíamos criar imagens com precisão de estruturas de materiais com recursos tão pequenos quanto 132 nm, quantificar as flutuações de milissegundos nas membranas dos glóbulos vermelhos, e observar mudanças dinâmicas na estrutura celular em resposta à exposição a produtos químicos. "Esta técnica também é isenta de rótulos, o que significa que se pode observar células vivas sem danificá-las com produtos químicos fluorescentes.

Outra vantagem notável deste novo método é o cancelamento do speckle do laser, um tipo de interferência indesejada que ocorre ao iluminar uma amostra com um laser. O uso de vários interferogramas para calcular uma imagem elimina as contribuições aleatórias de manchas em cada interferograma, tornando a imagem composta final mais nítida. Além disso, pode-se aumentar a taxa de quadros da imagem conforme necessário usando um número menor de interferogramas, contanto que a qualidade de imagem desejada seja alcançada.

Zhou acredita que seu método SAM pode ser uma virada de jogo em vários campos onde a microscopia é essencial, "Prevemos que nossa técnica de imagem de alta velocidade encontrará aplicações em biologia e pesquisa de materiais, como estudar os movimentos e interações de células vivas e monitorar os processos de fabricação de materiais em tempo real para fins de controle de qualidade. "Ele também observa que há espaço para melhorias em termos de velocidade com o uso de câmeras ainda mais rápidas. e que os princípios básicos de sua abordagem podem ser adaptados com diferentes algoritmos para construir um sistema de imagem 3-D.