El desarrollo de nuevos dispositivos científicos que superen los límites de lo que podemos observar y medir no ocurre de la noche a la mañana. Por lo general, hay pequeños pasos involucrados, mejoras pequeñas y continuas para contrarrestar los numerosos obstáculos técnicos que surgen en el camino. El nuevo estado delEl microscopio electrónico de última generación desarrollado por el profesor Tsumoru Shintake en la Universidad de Graduados del Instituto de Ciencia y Tecnología de Okinawa OIST no es una excepción a la regla. Mediante el desarrollo de este microscopio único en su tipo, los investigadores de OIST informaron que era crucialpaso en el diario microscopía usando capas de grafeno delgadas como un átomo para mejorar las imágenes microscópicas de virus minúsculos.
Los microscopios electrónicos se basan en un haz de electrones en lugar de luz para iluminar la muestra objetivo. El haz de electrones golpearía la muestra, con la dispersión resultante de los electrones permitiendo a los científicos construir una imagen precisa del objetivo. De esta manera, los microscopios electrónicos puedenlograr una resolución mucho mayor en comparación con los dispositivos basados en la luz. El microscopio único del profesor Shintake ya no se basa en lentes ópticos, sino que utiliza un detector para revelar qué electrones golpean las pequeñas muestras de virus y reconstruir la imagen a través de un algoritmo informático., mientras que los microscopios electrónicos convencionales requieren electrones de alta energía, este microscopio se enfoca más bien en electrones de baja energía que potencialmente pueden ser mucho más eficientes en la obtención de imágenes de virus si se pueden superar los problemas técnicos asociados.
"Los electrones de baja energía interactúan muy fuertemente con la materia", explicó el Dr. Masao Yamashita, el primer autor del estudio. "Son excelentes para obtener imágenes de especímenes biológicos, compuestos de materiales ligeros como carbono, oxígeno y nitrógeno, que sonbásicamente transparente a los electrones de alta energía "
Sin embargo, el uso de electrones de baja energía tiene un inconveniente importante: debido a su alta sensibilidad con la materia, un haz de electrones de baja energía interactuaría con la muestra objetivo pero también con todo lo demás, como la placa de soporte y la película sobre la que se deposita la muestra.la imagen resultante no distinguiría el material de estudio del fondo.
Para contrarrestar este efecto, los investigadores de la Unidad de Microscopía de Onda Cuántica recurrieron a las propiedades únicas del grafeno. Sintetizaron una película hecha de una sola capa - un átomo delgado - de grafeno en el que las muestras biológicas, como los virusestudio, se mostrará.
El grafeno es extremadamente conductor, lo que significa que los electrones pueden cruzar la capa muy fácilmente. De esta manera, los electrones de baja energía interactuarán muy poco con la capa de grafeno de fondo y mucho más con la muestra de virus que se destacará con un gran contraste.la alta conductividad también evita la "carga", una acumulación de electrones en la película que distorsionaría la imagen final. La delgadez de la película también proporciona un fondo mucho más brillante, por lo tanto, un contraste mucho mejor con el material de estudio, que el convencionalpelículas de carbono.
"La película de grafeno nos permite lograr un gran contraste con electrones de muy baja energía, lo que permite mejorar pequeños detalles", agregó el Dr. Yamashita.
Sin embargo, una película de grafeno no es tan fácil de manejar. Está tan claro que debe estar impecable y libre de contaminantes, lo que lleva a los científicos de OIST a desarrollar una técnica para limpiar meticulosamente la película de grafeno.
También existe un problema con la carga de la muestra de virus en la película de grafeno. La película de grafeno es aceitosa, mientras que las preparaciones biológicas generalmente están basadas en agua. No se mezclarían muy bien: si solo agrega los virus a la película, los resultados son virus que se aferran en puntos densos dispersos que hacen imposible revelar detalles individuales.
Para resolver este segundo problema, los investigadores de OIST recurrieron al uso de la fuerza centrífuga para dispersar los virus en toda la superficie de la película, evitando que se formen grumos. Los virus se cargan en un tubo con la película de grafeno en un extremo, mientras queel otro extremo está unido a un eje vertical que gira hasta 100,000 rotaciones por minuto. La fuerza centrífuga empuja a los virus hacia la película de grafeno y evita que se reagrupen, permitiendo ver detalles distintivos de cada muestra con el microscopio electrónico.
El resultado de todos estos esfuerzos son imágenes de mayor resolución de los depósitos de virus, cuya forma y detalles morfológicos pueden proporcionar pistas sobre cómo combatirlos. Para demostrar su exitoso trabajo, los investigadores de OIST utilizaron el bacteriófago T4, un virus bien conocido queataca bacterias específicas. El uso de grafeno y un haz de electrones de bajo voltaje les permitió revelar detalles minúsculos como las extremidades similares a fibras que el virus usa para engancharse en su presa bacteriana, previamente invisible en una película de carbono convencional.
El Dr. Yamashita y su equipo ya están trabajando en el siguiente paso para aumentar aún más la calidad de las imágenes. Reconstruir imágenes y estudiar la morfología de varios tipos de muestras en el futuro, la capacidad de comparar con confianza imágenes microscópicas de biológicoslos materiales a una escala tan pequeña requieren una consistencia muy alta entre las muestras. Para lograr esta condición, los investigadores ahora están desarrollando una forma robusta de preparar los virus rociándolos sobre la película de grafeno en un vacío estéril. Los virus pequeños no podrán escondersefuera de la vista por mucho más tiempo
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Materiales proporcionado por Universidad de Posgrado del Instituto de Ciencia y Tecnología de Okinawa OIST . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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