La resolución de la microscopía óptica convencional está limitada por el principio físico fundamental de difracción a aproximadamente la mitad de la longitud de onda de la luz: si la distancia entre dos objetos es menor que el llamado "límite de difracción", ya no puedensepararse visualmente: su imagen aparece "borrosa". Para adquirir imágenes ópticas a una escala de pocos nanómetros, esto claramente no es suficiente.
Nano-sondas migran sobre superficies
Por esta razón, los científicos de todo el mundo han desarrollado conceptos elaborados en el pasado para eludir el límite de difracción y así aumentar la resolución. Sin embargo, el esfuerzo técnico necesario para hacerlo es considerable y generalmente se requieren ensamblajes de microscopio altamente especializados.en particular, la investigación de campos cercanos ópticos todavía representa un gran desafío, porque están tan localizados que no pueden enviar ondas a un detector distante.
En un nuevo estudio, los físicos de la Julius-Maximilians-Universität Würzburg JMU y la Technische Universität Dresden ahora muestran que es posible medir estos campos cercanos con un esfuerzo significativamente menor. Usaron un sistema de transporte biomolecular para deslizar muchosnano-sondas ópticas extremadamente pequeñas sobre una superficie. Presentan sus resultados en la edición actual de la revista Nanotecnología de la naturaleza .
Moléculas intracelulares utilizadas como sistema de transporte
"Como sondas, utilizamos los llamados puntos cuánticos: pequeñas partículas fluorescentes de unos pocos nanómetros de tamaño", dice el profesor Bert Hecht, que describe el enfoque de los físicos. Hecht ocupa la Cátedra de Física Experimental Biofísica en la JMU; ysupervisó conjuntamente el proyecto junto con el profesor Stefan Diez, presidente de BioNanoTools en B CUBE - Centro de Bioingeniería Molecular en TU Dresden.
Las llamadas proteínas motoras y microtúbulos hacen que los puntos cuánticos pasen sobre el objeto a examinar. "Estos dos elementos se encuentran entre los componentes fundamentales de un sistema de transporte intracelular", explica Diez. "Los microtúbulos son complejos de proteínas tubulares, hasta variosdecenas de milímetros de largo, que forman una red principal de rutas de transporte dentro de las células. Las proteínas motoras corren a lo largo de estas rutas, transportando cargas intracelulares de un lugar a otro ", dice el científico.
Las proteínas motoras proporcionan la fuerza impulsora
Los físicos de Würzburg y Dresden aprovecharon este concepto, pero en orden inverso: "Las proteínas motoras se fijan a la superficie de la muestra y pasan los microtúbulos sobre ellas, una especie de 'estadificación en etapas' con biomoléculas", dice Heiko Groß, Estudiante de doctorado en el grupo Hecht. Los puntos cuánticos que sirven como sondas ópticas se unen a los microtúbulos y se mueven junto con su portador.
Dado que un solo punto cuántico llevaría mucho tiempo escanear un área de superficie grande, los investigadores usaron grandes cantidades de puntos cuánticos y proteínas motoras que se mueven al mismo tiempo y, por lo tanto, escanean un área grande en poco tiempo ".Con este principio, podemos medir campos de luz locales en un área grande con una resolución de menos de cinco nanómetros utilizando una configuración que se asemeja a un microscopio óptico clásico ", explica el físico. En comparación, un nanómetro equivale a una millonésima parte de un milímetro.
Prueba en una fina capa de oro
Los físicos probaron su método en una capa delgada de oro con ranuras estrechas de menos de 250 nanómetros de ancho. Estas ranuras se han iluminado desde abajo con luz láser azul. "La luz que pasa a través de estos espacios estrechos se limita al ancho del espacio, por lo queideal para demostrar microscopía óptica de alta resolución ", dice Gross.
Durante la medición, un "enjambre de microtúbulos" se desliza simultáneamente en diferentes direcciones a través de la superficie de la capa de oro. Usando una cámara, la posición de cada punto cuántico transportado se puede determinar exactamente a intervalos de tiempo definidos. Si un punto cuántico ahorase mueve a través del campo cercano óptico de una ranura, se ilumina más intensamente y, por lo tanto, actúa como sensor óptico. Dado que el diámetro del punto cuántico es de solo unos pocos nanómetros, la distribución de la luz dentro de la ranura se puede determinar con extrema precisión, evitando asíel límite de difracción
Diez veces mayor precisión
Otra característica interesante de este enfoque novedoso es que, debido a su longitud y fuerza, un microtúbulo se mueve de manera extremadamente recta y predecible a través de la superficie de la muestra recubierta de motor ". Esto permite determinar la posición de los puntos cuánticos diez vecescon mayor precisión que con los métodos de microscopía de alta resolución previamente establecidos ", explica el Dr. med. Jens Ehrig, ex becario postdoctoral en el grupo Diez y actual jefe de la instalación de" Molecular Imaging and Manipulation "en el Centro de Bioingeniería Molecular y Celular CMCB de la TU Dresden. Además, se pueden excluir las perturbaciones causadas por artefactos debidos al acoplamiento de campo cercano. Dado que el sistema de transporte consta de solo unas pocas moléculas, su influencia en los campos ópticos cercanos es insignificante.
Los investigadores esperan utilizar su idea para establecer una nueva tecnología en el campo de la microscopía de superficie. En cualquier caso, están convencidos de que: "Este tipo de microscopía puede demostrar sus puntos fuertes, especialmente en la inspección óptica de superficies nanoestructuradas".En el siguiente paso, ahora quieren usar este sistema de transporte molecular para acoplar puntos cuánticos a resonadores ópticos de campo cercano preparados específicamente para estudiar su interacción.
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Materiales proporcionados por Technische Universität Dresden . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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