El microscopio alimentado por luz tiene un límite de resolución de aproximadamente 200 nanómetros, lo que hace que la observación de muestras sea más pequeña o más cercana, pero imposible. ingenieros en Universidad de California San Diego Encontré una manera inteligente de mejorar la resolución Que un microscopio tradicional, pero sorprendentemente no incluye ninguna actualización de las lentes o la óptica en el interior.
Según la teoría del criterio de Rayleigh, propuesta por John William Strutt, tercer barón de Rayleigh, en 1896, la precisión de un microscopio convencional basado en luz está limitada no solo por las capacidades ópticas de las lentes de vidrio, sino por la naturaleza de la luz misma, como resultado de la difracción que se produce cuando los rayos de luz se desvían. La limitación significa que un observador que mire a través de un microscopio dos objetos que estén separados por más de 200 nanómetros los percibirá como uno solo.
En comparación, los microscopios electrónicos disparan una muestra con un haz de electrones altamente enfocado en lugar de luz visible y, en cambio, pueden lograr una resolución de menos de un nanómetro. Sin embargo, existe una compensación, ya que las muestras observadas con un microscopio electrónico deben colocarse dentro de una cámara de vacío que tiene la desafortunada desventaja de matar organismos vivos, por lo que no es posible observar células y otros fenómenos vivos en acción. Hasta ahora, no ha habido una opción intermedia, pero parece que esto es exactamente lo que han creado estos ingenieros.
Para crear lo que se conoce como un «microscopio de superresolución», los ingenieros en realidad no actualizaron el microscopio en absoluto. En su lugar, han desarrollado un metamaterial hiperbólico (materiales con estructuras únicas que se ocupan de la luz, desarrollados originalmente para mejorar las imágenes ópticas) que se aplican a un portaobjetos microscópico sobre el que se coloca la muestra. Este metamaterial hiperbólico especial está hecho de «capas alternas nanométricas de plata y vidrio de sílice» que tienen el efecto de acortar y dispersar las longitudes de onda de la luz visible que lo atraviesa, lo que da como resultado una serie de patrones moteados aleatorios.
Estos patrones de luz puntual terminan iluminando la muestra en el portaobjetos del microscopio desde diferentes ángulos, lo que permite tomar una serie de imágenes de baja resolución, cada una resaltando una parte diferente. Luego, estas imágenes se introducen en un algoritmo de reconstrucción que las recopila de manera inteligente y transmite una imagen de alta resolución.
Comparación de imágenes tomadas con un microscopio óptico sin metamaterial hiperbólico (izquierda) y con metamaterial hiperbólico (derecha): puntos cuánticos. (Foto: Universidad de California en San Diego)
No es diferente del enfoque de cambio de sensor utilizado en algunas cámaras digitales para producir imágenes de súper resolución en las que el sensor de imagen se mueve ligeramente en diferentes direcciones mientras se toman varias fotos y luego se combina para combinar todos los detalles adicionales capturados. Esta tecnología – detallada en el documento publicado recientemente En la revista Nature Communications, podría aumentar la resolución de un microscopio óptico convencional a 40 nanómetros, al tiempo que permite la observación de organismos vivos. Todavía no pueden competir con lo que pueden hacer los microscopios electrónicos, pero no son menos importantes debido a la facilidad con la que pueden mejorar las capacidades de dispositivos más seguros y asequibles que ya se utilizan en laboratorios de todo el mundo.
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