Un team dell’Università di Tokyo ha costruito un microscopio nel medio infrarosso migliorato, che consente loro di vedere le strutture all’interno dei batteri viventi su scala nanometrica. La microscopia nel medio infrarosso è tipicamente limitata dalla sua bassa risoluzione, soprattutto se paragonata ad altre tecniche di microscopia. Il loro lavoro è stato pubblicato su Nature Photonics .
Quest'ultimo sviluppo ha prodotto immagini a 120 nanometri, che secondo i ricercatori rappresenta un miglioramento di 30 volte rispetto alla risoluzione dei tipici microscopi nel medio infrarosso. Essere in grado di visualizzare i campioni più chiaramente su questa scala più piccola può aiutare diversi campi di ricerca, comprese le malattie infettive, e apre la strada allo sviluppo futuro di imaging ancora più accurato basato sul medio infrarosso.
Il regno microscopico è dove dimorano virus, proteine e molecole. Grazie ai moderni microscopi, possiamo avventurarci per vedere il funzionamento interno delle nostre stesse cellule.
Ma anche questi straordinari strumenti presentano dei limiti. Ad esempio, i microscopi fluorescenti a super risoluzione richiedono che i campioni siano etichettati con fluorescenza. Questo a volte può essere tossico per i campioni e l'esposizione prolungata alla luce durante la visualizzazione può sbiancare i campioni, il che significa che non sono più utili. Anche i microscopi elettronici possono fornire dettagli davvero impressionanti, ma i campioni devono essere posti nel vuoto, quindi i campioni vivi non possono essere studiati.
In confronto, la microscopia nel medio infrarosso può fornire informazioni sia chimiche che strutturali sulle cellule vive, senza bisogno di colorarle o danneggiarle. Tuttavia, il suo utilizzo è stato limitato nella ricerca biologica a causa della sua capacità di risoluzione relativamente bassa. Mentre la microscopia a fluorescenza a super risoluzione può restringere il campo delle immagini a decine di nanometri (1 nanometro è un milionesimo di millimetro), la microscopia nel medio infrarosso può in genere raggiungere solo circa 3 micron (1 micron è un millesimo di millimetro).
Tuttavia, con una nuova svolta, i ricercatori dell'Università di Tokyo hanno ottenuto una risoluzione della microscopia nel medio infrarosso più elevata che mai.
"Abbiamo raggiunto una risoluzione spaziale di 120 nanometri, ovvero 0,12 micron. Questa straordinaria risoluzione è circa 30 volte migliore di quella della microscopia convenzionale nel medio infrarosso", ha spiegato il professor Takuro Ideguchi dell'Istituto per la scienza e la tecnologia dei fotoni dell'Università di Tokio.
Il team ha utilizzato una “apertura sintetica”, una tecnica che combina diverse immagini prese da diversi angoli illuminati per creare un’immagine complessiva più chiara. In genere, un campione viene inserito tra due lenti. Le lenti, tuttavia, assorbono inavvertitamente parte della luce nel medio infrarosso.
Hanno risolto questo problema posizionando un campione, batteri (sono stati utilizzati E. coli e Rhodococcus jostii RHA1), su una piastra di silicio che rifletteva la luce visibile e trasmetteva la luce infrarossa. Ciò ha consentito ai ricercatori di utilizzare un'unica lente, consentendo loro di illuminare meglio il campione con la luce nel medio infrarosso e ottenere un'immagine più dettagliata.
"Siamo rimasti sorpresi dalla chiarezza con cui potevamo osservare le strutture intracellulari dei batteri. L'elevata risoluzione spaziale del nostro microscopio potrebbe permetterci di studiare, ad esempio, la resistenza antimicrobica, che è un problema mondiale", ha affermato Ideguchi.
"Crediamo di poter continuare a migliorare la tecnica in varie direzioni. Se usiamo una lente migliore e una lunghezza d'onda della luce visibile più corta, la risoluzione spaziale potrebbe essere anche inferiore a 100 nanometri. Con una chiarezza superiore, vorremmo studiare vari campioni di cellule per affrontare problemi biomedici fondamentali e applicati."
Ulteriori informazioni: Nanoscopia ad ampio campo nel medio infrarosso, Nature Photonics (2024). DOI:10.1038/s41566-024-01423-0
Informazioni sul giornale: Fotonica della natura
Fornito dall'Università di Tokyo
