Descubierto por casualidad: el microscopio de índice de refracción
Un éxito asombroso: combinando métodos de microscopía completamente diferentes, se puede medir la densidad óptica de una muestra con una precisión milimétrica
La intención original era analizar muestras biológicas a escala molecular y se encontraron con problemas pertinaces. Pero entonces se dieron cuenta de que la causa de la molesta inexactitud de las mediciones, el índice de refracción variable de la muestra, puede determinarse con precisión y convertirse así en sí mismo en un resultado de medición muy interesante, si se combinan dos métodos de microscopía fundamentalmente completamente diferentes.
Casi por casualidad, la TU Wien consiguió desarrollar un nuevo tipo de técnica de microscopía que puede utilizarse para medir el índice de refracción de muestras biológicas, con una resolución muy inferior a la que debería permitir la microscopía óptica según la teoría convencional.
El truco de la resolución por debajo de la longitud de onda
¿Qué ocurre si quiere fotografiar dos moléculas cuya distancia es menor que la longitud de onda de la luz? Entonces no verá dos puntos separados, sino una sola mancha de luz: las imágenes de las dos moléculas se superponen, por muy preciso que sea el microscopio.
Pero hay una forma de evitarlo: la llamada "microscopía de molécula única". Se incorporan a la muestra moléculas especiales que parpadean en distintos momentos. Cada una de ellas crea un pequeño disco de luz en la cámara; si se mide el centro de este disco, se sabe exactamente dónde se encuentra la molécula. Incluso si hay otra molécula en el mismo disco, si se iluminan una tras otra y pueden medirse por separado, ambas pueden captarse con precisión. Mientras que sus imágenes se difuminarían en un microscopio ordinario, este método permite obtener imágenes de altísima resolución.
"Sin embargo, los discos de luz que se miden de este modo no siempre tienen el mismo tamaño", explica el profesor Gerhard Schütz, del Instituto de Física Aplicada de la Universidad Técnica de Viena. "El tamaño del disco de luz depende, por ejemplo, de lo cerca que esté la molécula del plano focal de la cámara". La intención original era utilizar precisamente este fenómeno como fuente de información útil: Si la distancia de la molécula podía determinarse a partir del tamaño de los discos luminosos, en teoría podría generarse una imagen tridimensional a partir de los discos luminosos. Sin embargo, pronto quedó claro que no es tan sencillo.
¿Cambia la distancia o el índice de refracción?
"El problema es que el tamaño de los discos de luz también depende del índice de refracción del material", explica Gerhard Schütz. No todos los materiales dejan pasar los rayos de luz a la misma velocidad, y es precisamente este efecto el que hace que la luz se desvíe en prismas o lentes. Por tanto, hay dos parámetros que pueden influir en el punto luminoso medido: la distancia y el índice de refracción.
Pero, ¿y si se hace de esta misma necesidad una virtud? "Decidimos simplemente invertir este problema", dice Gerhard Schütz. "Simplemente medimos la estructura tridimensional de nuestra muestra de otra forma, es decir, con un microscopio de fuerza atómica. A continuación, podemos utilizar nuestra imagen luminosa para calcular el índice de refracción en cada punto de nuestra muestra con una precisión milimétrica."
Nuevo método de medición para la investigación de materiales biológicos
En colaboración con la Universidad Médica de Innsbruck, el equipo de la TU Wien ha desarrollado una técnica que permite medir el índice de refracción de muestras biológicas en una escala muy inferior a la longitud de onda de la luz.
"Esto es especialmente interesante en el caso del colágeno de los tejidos", explica Gerhard Schütz. "El colágeno puede absorber diferentes cantidades de agua, y el índice de refracción cambia en consecuencia. Con nuestro método, ahora podemos determinar exactamente cuánta agua hay en cada lugar. También podemos obtener datos sobre la composición química del tejido que antes no eran directamente accesibles." El resultado -provocado por un descubrimiento casi accidental- es un nuevo vínculo entre la tecnología de medición física y la investigación microbiológica.
La investigación fue financiada por la FWF y la WWTF y fruto de la colaboración entre el Instituto de Física Aplicada y el Instituto de Estructuras Ligeras y Biomecánica Estructural de TU Wien y el Instituto de Física Biomédica de la Universidad Médica de Innsbruck.
Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Alemán se puede encontrar aquí.
Publicación original
Simon Jaritz, Lukas Velas, Anna Gaugutz, Manuel Rufin, Philipp J. Thurner, Orestis G. Andriotis, Julian G. Maloberti, Simon Moser, Alexander Jesacher, Gerhard J. Schütz; "Refractive Index Mapping below the Diffraction Limit via Single Molecule Localization Microscopy"; ACS Nano, Volume 20, 2025-12-26
Más noticias del departamento ciencias
