Descoberto por acaso: o microscópio de índice de refração
Um sucesso surpreendente: ao combinar métodos de microscopia completamente diferentes, a densidade ótica de uma amostra pode ser medida com uma precisão exacta
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A intenção inicial era analisar amostras biológicas à escala molecular e deparou-se com problemas persistentes. Mas depois aperceberam-se de que a causa da incómoda imprecisão da medição, o índice de refração variável da amostra, pode ser determinada com precisão e, portanto, torna-se um resultado de medição altamente interessante - se forem combinados dois métodos de microscopia completamente diferentes.
Quase por acaso, a TU Wien conseguiu desenvolver um novo tipo de técnica de microscopia que pode ser utilizada para medir o índice de refração de amostras biológicas - com uma resolução muito inferior à que a microscopia ótica deveria permitir de acordo com a teoria convencional.
O truque para uma resolução abaixo do comprimento de onda
O que acontece se quiser fotografar duas moléculas cuja distância é inferior ao comprimento de onda da luz? Nesse caso, não verá dois pontos separados, mas uma única mancha de luz - as imagens das duas moléculas irão sobrepor-se, independentemente da precisão do microscópio.
Mas há uma forma de contornar esta situação - a chamada "microscopia de molécula única". São incorporadas na amostra moléculas especiais que piscam em momentos diferentes. Cada uma delas cria um pequeno disco de luz na câmara; se medirmos o centro deste disco, sabemos exatamente onde se encontra a molécula. Mesmo que exista outra molécula no mesmo disco - se elas se acenderem uma a seguir à outra e puderem ser medidas separadamente, ambas podem ser fotografadas com precisão. Enquanto as suas imagens se confundiriam numa imagem de microscópio normal, este método permite obter imagens de altíssima resolução.
"Gerhard Schütz, do Instituto de Física Aplicada da TU Wien. "O tamanho do disco de luz depende, por exemplo, da proximidade entre a molécula e o plano focal da câmara." A intenção inicial era utilizar precisamente este fenómeno como uma fonte de informação útil: Se a distância da molécula pudesse ser determinada a partir do tamanho dos discos de luz, então, teoricamente, poderia ser gerada uma imagem 3D a partir dos discos de luz. No entanto, rapidamente se tornou claro que não é assim tão simples.
Será que a distância muda - ou o índice de refração?
"O problema é que o tamanho dos discos de luz também depende do índice de refração do material", explica Gerhard Schütz. Nem todos os materiais permitem que os raios de luz passem à mesma velocidade, e é precisamente este efeito que faz com que a luz seja deflectida por prismas ou lentes. Existem, portanto, dois parâmetros que podem ter influência no ponto de luz medido - a distância e o índice de refração.
Mas, e se fizermos desta necessidade uma virtude? "Decidimos simplesmente inverter este problema", diz Gerhard Schütz. "Simplesmente medimos a estrutura 3D da nossa amostra de uma forma diferente, nomeadamente com um microscópio de força atómica. Podemos então usar a nossa imagem de luz para calcular o índice de refração em cada ponto da nossa amostra com uma precisão exacta."
Novo método de medição para a investigação de materiais biológicos
Em cooperação com a Universidade de Medicina de Innsbruck, a equipa da TU Wien desenvolveu uma técnica que pode ser utilizada para medir o índice de refração de amostras biológicas numa escala muito inferior ao comprimento de onda da luz.
"Isto é particularmente interessante quando se trata de colagénio em tecidos", diz Gerhard Schütz. "O colagénio pode absorver diferentes quantidades de água e o índice de refração altera-se em conformidade. Com o nosso método, podemos agora determinar exatamente a quantidade de água que se encontra em cada local. Também podemos obter dados sobre a composição química do tecido que anteriormente não eram diretamente acessíveis". O resultado - desencadeado por uma descoberta quase acidental - é uma nova ligação entre a tecnologia de medição física e a investigação microbiológica.
A investigação foi financiada pela FWF e pela WWTF e resultou de uma colaboração entre o Instituto de Física Aplicada e o Instituto de Estruturas Leves e Biomecânica Estrutural da TU Wien e o Instituto de Física Biomédica da Universidade Médica de Innsbruck.
Observação: Este artigo foi traduzido usando um sistema de computador sem intervenção humana. A LUMITOS oferece essas traduções automáticas para apresentar uma gama mais ampla de notícias atuais. Como este artigo foi traduzido com tradução automática, é possível que contenha erros de vocabulário, sintaxe ou gramática. O artigo original em Alemão pode ser encontrado aqui.
Publicação 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
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