Nel 2014, un trio internazionale ha vinto il premio Nobel per la chimica per lo sviluppo della microscopia a fluorescenza a super risoluzione, una tecnica che ha permesso di studiare i processi molecolari nelle cellule viventi.

Ora un team di Northwestern Engineering ha migliorato questa tecnologia innovativa rendendola più veloce, più semplice, meno caro, e aumentando la sua risoluzione di quattro volte.

"Nonostante il successo delle tecniche di microscopia elettronica e microscopio a scansione di sonda, è rimasta la necessità di un metodo di imaging ottico in grado di scoprire non solo le strutture nanoscopiche ma anche i fenomeni fisici e chimici che si verificano a livello di nanoscala, " disse Hao Zhang, professore associato di ingegneria biomedica presso la McCormick School of Engineering della Northwestern. "Immaginiamo che la nostra tecnica possa raggiungere questo obiettivo".

Guidato da Zhang, il team della Northwestern ha sviluppato una nuova piattaforma di imaging ottico a super risoluzione basata sulla spettroscopia, un tipo di imaging che esamina come la materia risponde alla luce. Chiamata microscopia spettroscopica di localizzazione dei fotoni (SPLM), la piattaforma può analizzare singole molecole con risoluzione sub-nanometrica.

La nuova piattaforma tecnologica sfrutta la microscopia a localizzazione di fotoni (PLM), che cattura le firme spettroscopiche intrinseche dei fotoni emessi, o particelle leggere, identificare molecole specifiche. Le attuali tecnologie di imaging spettroscopico e PLM richiedono più coloranti fluorescenti per migliorare il contrasto nelle immagini microscopiche risultanti. Incapace di distinguere tra coloranti, queste tecniche registrano più immagini da diverse bande di lunghezze d'onda discrete.

SPLM del team Northwestern, però, può caratterizzare più molecole di colorante contemporaneamente, aumentando la velocità di imaging nei campioni multicolorati. L'eliminazione della necessità di registrare più immagini rende il processo di imaging più semplice e meno costoso. SPLM è anche abbastanza sensibile da distinguere piccole differenze dallo stesso tipo di molecole.

"Le persone hanno bisogno di una serie di filtri e fotocamere per separare i fotoni con colori diversi e acquisire informazioni, " Ha detto Zhang. "Può essere piuttosto complicato e costoso se si utilizzano più telecamere. Utilizzando la nostra tecnologia, possiamo acquisire immagini multicolori senza filtri perché sappiamo quale colore è associato a quali fotoni contemporaneamente."

Supportato da un premio catalizzatore di ricerca Northwestern Engineering, la ricerca è stata descritta online il 25 luglio in Comunicazioni sulla natura . Vadim Backman, il Walter Dill Scott Professore di Ingegneria Biomedica, e Cheng Sun, professore associato di ingegneria meccanica, servito come co-autori del documento. Biqin Dong, un borsista post-dottorato nel laboratorio di Zhang, e Luay Almassalha, uno studente laureato nel laboratorio di Backman, sono co-primi autori dello studio.

Mentre Zhang prevede di applicare questa nuova tecnologia alla propria ricerca nell'imaging ottico, crede che sarà utile per molti campi, dalla scienza dei materiali alle scienze della vita.

"Il nostro approccio non solo migliora l'imaging a super-risoluzione esistente catturando firme spettroscopiche specifiche della molecola, " Egli ha detto, "potrà fornire una piattaforma universale per svelare ambienti su nanoscala in sistemi complessi a livello di singola molecola".