Gli ingegneri elettrici dell'Università della California a San Diego hanno sviluppato una tecnologia che migliora la risoluzione di un normale microscopio ottico in modo che possa essere utilizzato per osservare direttamente strutture e dettagli più fini nelle cellule viventi.

La tecnologia trasforma un microscopio ottico convenzionale in quello che viene chiamato un microscopio a super risoluzione. Si tratta di un materiale appositamente progettato che accorcia la lunghezza d'onda della luce mentre illumina il campione:questa luce rimpicciolita è ciò che essenzialmente consente al microscopio di visualizzare immagini con una risoluzione più elevata.

"Questo materiale converte la luce a bassa risoluzione in luce ad alta risoluzione, " disse Zhaowei Liu, un professore di ingegneria elettrica e informatica alla UC San Diego. "È molto semplice e facile da usare. Basta posizionare un campione sul materiale, quindi metti il ​​tutto sotto un normale microscopio, senza bisogno di modifiche fantasiose."

Il lavoro, che è stato pubblicato in Comunicazioni sulla natura , supera un grande limite dei microscopi ottici convenzionali:la bassa risoluzione. I microscopi ottici sono utili per l'imaging di cellule vive, ma non possono essere usati per vedere qualcosa di più piccolo. I microscopi ottici convenzionali hanno un limite di risoluzione di 200 nanometri, il che significa che tutti gli oggetti più vicini di questa distanza non verranno osservati come oggetti separati. E mentre ci sono strumenti più potenti là fuori come i microscopi elettronici, che hanno la risoluzione di vedere le strutture subcellulari, non possono essere utilizzati per l'immagine di cellule viventi perché i campioni devono essere collocati all'interno di una camera a vuoto.

"La sfida principale è trovare una tecnologia che abbia una risoluzione molto elevata e sia anche sicura per le cellule vive, " disse Liù.

La tecnologia sviluppata dal team di Liu combina entrambe le caratteristiche. Con esso, un microscopio ottico convenzionale può essere utilizzato per visualizzare strutture subcellulari dal vivo con una risoluzione fino a 40 nanometri.

La tecnologia consiste in un vetrino da microscopio rivestito con un tipo di materiale termoretraibile chiamato metamateriale iperbolico. È costituito da strati alternati sottili nanometri di argento e vetro di silice. Mentre la luce passa, le sue lunghezze d'onda si accorciano e si disperdono per generare una serie di modelli maculati casuali ad alta risoluzione. Quando un campione viene montato sul vetrino, viene illuminato in modi diversi da questa serie di motivi luminosi maculati. Questo crea una serie di immagini a bassa risoluzione, che vengono tutti catturati e poi messi insieme da un algoritmo di ricostruzione per produrre un'immagine ad alta risoluzione.

I ricercatori hanno testato la loro tecnologia con un microscopio invertito commerciale. Sono stati in grado di visualizzare le caratteristiche fini, come i filamenti di actina, in cellule Cos-7 marcate con fluorescenza, caratteristiche che non sono chiaramente distinguibili usando solo il microscopio stesso. La tecnologia ha anche permesso ai ricercatori di distinguere chiaramente minuscole perline fluorescenti e punti quantici distanti tra loro da 40 a 80 nanometri.

La tecnologia ad alta risoluzione ha un grande potenziale per il funzionamento ad alta velocità, hanno detto i ricercatori. Il loro obiettivo è incorporare l'alta velocità, super risoluzione e bassa fototossicità in un unico sistema per l'imaging di cellule vive.

Il team di Liu sta ora espandendo la tecnologia per eseguire immagini ad alta risoluzione nello spazio tridimensionale. Questo documento attuale mostra che la tecnologia può produrre immagini ad alta risoluzione su un piano bidimensionale. Il team di Liu ha precedentemente pubblicato un documento che mostrava che questa tecnologia è anche in grado di eseguire immagini con una risoluzione assiale ultraelevata (circa 2 nanometri). Ora stanno lavorando per combinare i due insieme.