Os pesquisadores desenvolveram uma nova abordagem de medição e imagem que pode resolver nanoestruturas menores que o limite de difração da luz sem a necessidade de corantes ou rótulos. O trabalho representa um avanço importante em direção a um novo e poderoso método de microscopia que poderia um dia ser usado para ver as características finas de amostras complexas além do que é possível com microscópios e técnicas convencionais.
O novo método, descrito em Optica journal, é uma modificação da microscopia de varredura a laser, que usa um feixe de laser fortemente focado para iluminar uma amostra. Os pesquisadores expandiram a técnica medindo não apenas o brilho, ou intensidade, da luz depois que ela interage com um espécime em estudo, mas também detectando outros parâmetros codificados no campo de luz.

"Nossa abordagem pode ajudar a ampliar a caixa de ferramentas de microscopia usada para estudar nanoestruturas em uma variedade de amostras", disse o líder da equipe de pesquisa, Peter Banzer, da Universidade de Graz, na Áustria. “Em comparação com as técnicas de super-resolução baseadas em uma abordagem de varredura semelhante, nosso método é totalmente não invasivo, o que significa que não requer que nenhuma molécula fluorescente seja injetada em uma amostra antes da imagem”.

Os pesquisadores mostram que podem medir a posição e os tamanhos das nanopartículas de ouro com uma precisão de vários nanômetros, mesmo quando várias partículas se tocam.

"Nossa nova abordagem à microscopia de varredura a laser pode fechar a lacuna entre os microscópios convencionais com resolução limitada e técnicas de super-resolução que exigem modificação do espécime em estudo", disse Banzer.

Capturando mais da luz

Na microscopia de varredura a laser, um feixe de luz é escaneado através da amostra e a luz transmitida, refletida ou espalhada proveniente da amostra é medida. Embora a maioria dos métodos de microscopia meça a intensidade, ou brilho, da luz proveniente da amostra, muitas informações também são armazenadas em outras características da luz, como sua fase, polarização e ângulo de espalhamento. Para capturar essas informações adicionais, os pesquisadores examinaram a resolução espacial das informações de intensidade e polarização.

“A fase e a polarização da luz, juntamente com sua intensidade, variam espacialmente de uma maneira que incorpora detalhes finos sobre a amostra com a qual ela interage – assim como a sombra de um objeto nos diz algo sobre a forma do próprio objeto”, disse Banzer. "No entanto, muitas dessas informações são ignoradas se apenas a potência geral da luz for medida após a interação".

Eles demonstraram a nova abordagem usando-a para estudar amostras simples contendo nanopartículas metálicas de diferentes tamanhos. Eles fizeram isso digitalizando a área de interesse e, em seguida, gravando imagens de polarização e resolução de ângulo da luz transmitida. Os dados medidos foram avaliados usando um algoritmo que cria um modelo das partículas que se adapta automaticamente para se assemelhar aos dados medidos com a maior precisão possível.

"Embora as partículas e suas distâncias fossem muito menores do que o limite de resolução de muitos microscópios, nosso método foi capaz de resolvê-las", disse Banzer. “Além disso, e ainda mais importante, o algoritmo foi capaz de fornecer outros parâmetros sobre a amostra, como o tamanho preciso e a posição das partículas”.

Os pesquisadores agora estão trabalhando para adaptar o método para que possa ser usado com amostras mais complexas. A funcionalidade da abordagem também pode ser expandida adaptando a estrutura da luz que interage com a amostra e incorporando abordagens baseadas em inteligência artificial nas etapas de processamento da imagem. No lado da detecção, os autores, juntamente com outros especialistas, estão desenvolvendo uma câmera especial como parte de um projeto europeu chamado SuperPixels. Este dispositivo de detecção de próxima geração será capaz de resolver informações de polarização e fase, além de intensidade.

"Nosso estudo é outra demonstração do papel fundamental que a estrutura da luz pode desempenhar no campo da óptica e das tecnologias baseadas em luz", disse Banzer. "Muitas aplicações e fenômenos intrigantes já foram demonstrados, mas há mais por vir." + Explorar mais

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