La capacità di osservare come funziona la vita a livello di nanoscala è una grande sfida del nostro tempo.

I microscopi ottici standard possono visualizzare cellule e batteri, ma non le loro caratteristiche su scala nanometrica che sono sfocate da un effetto fisico chiamato diffrazione.

I microscopi ottici si sono evoluti negli ultimi due decenni per superare questo limite di diffrazione; però, queste cosiddette tecniche di super-risoluzione richiedono tipicamente strumentazione costosa ed elaborata o procedure di imaging.

Ora, I ricercatori australiani dell'ARC Center of Excellence for Nanoscale BioPhotonics (CNBP) riferiscono in Comunicazioni sulla natura un modo semplice per aggirare i limiti di diffrazione utilizzando strumenti di imaging ottico standard.

Autori principali Dott.ssa Denitza Denkova, e il Dr. Martin Ploschner del nodo CNBP della Macquarie University affermano:"Lavorare a stretto contatto con i biologi ci ha ispirato a cercare una soluzione in grado di trasformare la super-risoluzione da un metodo di imaging complesso e costoso in una tecnica di bio-immagine quotidiana".

Il Dr. Ploschner spiega come funziona la tecnica:"Abbiamo identificato un particolare tipo di marker fluorescenti, le cosiddette nanoparticelle di conversione, che può entrare in un regime in cui la luce emessa dalle particelle cresce bruscamente, in modo super-lineare, quando aumenta l'intensità della luce di eccitazione. La nostra scoperta chiave è che se questo effetto viene sfruttato nelle giuste condizioni di imaging, qualsiasi microscopio ottico a scansione standard può visualizzare spontaneamente con una super-risoluzione."

"Anche se abbiamo scelto di dimostrare questa emissione di eccitazione super-lineare (uSEE) upconversion su uno dei tipi più comunemente usati di microscopi ottici, un microscopio confocale, praticamente qualsiasi tipo di microscopio a scansione o microscopio che implica variazioni nell'intensità dell'illuminazione può trarre vantaggio da questo spontaneo miglioramento della risoluzione».

La dott.ssa Denitza Denkova afferma che l'approccio uSEE migliora la risoluzione oltre il limite di diffrazione semplicemente riducendo l'intensità dell'illuminazione.

"Il nostro approccio funziona nella direzione opposta a tutti gli altri metodi di super-risoluzione esistenti:minore è la potenza del laser, migliore è la risoluzione e minore è il rischio di fotodanneggiamento dei campioni biologici, " lei dice.

"Meglio di tutto, la super-risoluzione può essere ottenuta senza modifiche di configurazione ed elaborazione delle immagini. Così, questo metodo ha il potenziale per entrare in qualsiasi laboratorio biologico, praticamente senza costi aggiuntivi."

"Il valore del nostro lavoro sta nel realizzare la tecnica, per la prima volta, in un ambiente biologico 3-D, utilizzando particelle biologicamente convenienti. Suggeriamo una modifica della composizione delle nanoparticelle e delle condizioni di imaging, che fa sì che la super-risoluzione spontanea avvenga in una configurazione di microscopia praticamente rilevante. Sviluppiamo anche un quadro teorico che consente agli utenti finali di regolare la composizione delle particelle e le condizioni di imaging e ottenere una super risoluzione nel proprio ambiente di laboratorio".

"Il nostro lavoro consente ai microscopisti di guardare in un modo nuovo con i loro strumenti esistenti".

Leader del nodo CNBP presso la Macquarie University, Professor James Piper AM, che è anche autore sulla carta, dice che il concetto è in circolazione da un po', ma la sua realizzazione pratica era elusiva per la necessità di combinare i distinti campi di ricerca della biologia, scienza materiale, ingegneria ottica e fisica.

"CNBP ha offerto una piattaforma di incontro ideale per scienziati con competenze diverse per unire le forze e portare l'idea dal tavolo da disegno a uno strumento pratico di imaging, "dice il professor Piper.