Possono rendere visibili minuscole strutture cellulari:i microscopi ottici all'avanguardia offrono risoluzioni di pochi decimi di nanometro, in altre parole, un milionesimo di millimetro. Fino ad ora, i microscopi a super risoluzione erano molto più lenti dei metodi convenzionali, perché è stato necessario registrare dati di immagine maggiori o più fini. Insieme ai partner di Jena, i ricercatori dell'Università "Bielefeld" hanno ora sviluppato ulteriormente il processo SR-SIM a super risoluzione. Gli accademici mostrano che SR-SIM è anche possibile in tempo reale e con una velocità di imaging molto elevata, e quindi adatto per osservare i movimenti di particelle cellulari molto piccole, Per esempio. I loro risultati sono stati pubblicati oggi (20 settembre) sulla rivista Comunicazioni sulla natura .

"Questo è ciò che rende questo tipo di microscopia davvero utile per applicazioni in biologia o medicina. Il problema finora è che i microscopi che offrono una risoluzione sufficientemente alta non possono visualizzare le informazioni alla velocità corrispondente, "dice il professor Dr. Thomas Huser, che dirige il gruppo di lavoro di fisica biomolecolare presso l'Università di Bielefeld. Il progetto SR-SIM è finanziato dalla Fondazione tedesca per la ricerca (DFG) e dall'Unione europea attraverso le azioni Marie Skłodowska-Curie.

SR-SIM sta per "microscopia a illuminazione strutturata a super risoluzione" ed è una procedura di microscopia a fluorescenza. Gli oggetti vengono irradiati con luce laser. Questa luce eccita speciali molecole fluorescenti nel campione in modo che emettano nuovamente luce a una lunghezza d'onda diversa. L'immagine microscopica mostra quindi la luce riemessa. "A differenza di altri metodi convenzionali di microscopia a fluorescenza, SR-SIM non illumina i campioni in modo uniforme, ma con una multa, modello a griglia. Questa speciale tecnologia consente una risoluzione molto più elevata, "dice Huser.

La procedura consiste in due fasi:la luce riemessa dal campione viene prima registrata in diverse immagini singole. L'immagine finita viene quindi ricostruita su un computer da questi dati grezzi. "Il secondo passo, in particolare, è costato molto tempo finora, "dice Andreas Markwirth, anche membro del gruppo di lavoro sulla fisica biomolecolare dell'Università di Bielefeld e autore principale dello studio. I ricercatori di Bielefeld hanno quindi collaborato con il professor Dr. Rainer Heintzmann dell'Istituto Leibniz per le tecnologie fotoniche e dell'Università Friedrich Schiller di Jena per accelerare il processo. Il microscopio è ora progettato per generare i dati grezzi più velocemente. Inoltre, la ricostruzione dell'immagine richiede molto meno tempo grazie all'utilizzo dell'elaborazione parallela del computer sulle moderne schede grafiche.

Per il loro studio, i ricercatori hanno testato il nuovo metodo su cellule biologiche e registrato i movimenti dei mitocondri, organelli cellulari di dimensioni di circa un micrometro. "Siamo stati in grado di produrre circa 60 fotogrammi al secondo, un frame rate più elevato rispetto ai film cinematografici. Il tempo tra la misurazione e l'immagine è inferiore a 250 millisecondi, quindi la tecnologia consente la registrazione in tempo reale, "dice Markwirth.

Fino ad ora, I metodi di super-risoluzione sono stati spesso combinati con i metodi convenzionali:un microscopio veloce convenzionale viene utilizzato per trovare prima le strutture. Queste strutture possono quindi essere esaminate in dettaglio utilizzando un microscopio a super risoluzione. "Però, alcune strutture sono così piccole che non possono essere trovate con i microscopi convenzionali, per esempio pori specifici nelle cellule epatiche. Il nostro metodo è sia ad alta risoluzione che veloce, che consente ai biologi di esplorare tali strutture, " dice Huser. Un'altra applicazione per il nuovo microscopio è lo studio delle particelle virali nel loro percorso attraverso la cellula. "Questo ci permette di capire esattamente cosa succede durante i processi di infezione, " dice Huser. Si aspetta che il microscopio venga utilizzato per tali studi presso l'Università di Bielefeld durante il prossimo anno.

I microscopi a super risoluzione esistono solo da circa 20 anni. Nel 1873, Ernst Abbe aveva scoperto che la risoluzione di un sistema ottico per la luce visibile è limitata a circa 250 nanometri. Negli ultimi anni, però, sono stati sviluppati diversi metodi ottici per rompere quella che è diventata nota come barriera di diffrazione di Abbe. Nel 2014, William E. Moerner ed Eric Betzig, entrambi dagli Stati Uniti, così come Stefan Hell dalla Germania hanno ricevuto il Premio Nobel per la Chimica per aver sviluppato una super-risoluzione nell'intervallo di circa 20-30 nanometri.