Un microscopio inspirado en el telescopio Webb ve moléculas en 6D
Una nueva tecnología de imagen microscópica, inspirada en parte en el diseño del telescopio espacial James Webb (JWST), es capaz de observar las moléculas en seis dimensiones.
Utiliza segmentos de espejos para clasificar y recoger la luz a escala microscópica, y captar imágenes de moléculas con un nuevo nivel de resolución: posición y orientación, cada una en tres dimensiones.
Los detalles de este nuevo sistema, desarrollado por Oumeng Zhang, recién doctorado del laboratorio de Matthew Lew, profesor asociado de ingeniería eléctrica y de sistemas de la Escuela McKelvey de Ingeniería de la Universidad Washington de San Luis, se publican en Nature Photonics.
Al igual que el telescopio espacial, el microscopio reflector multivista de polarización radial y acimutal (raMVR) depende de la captación de la mayor cantidad de luz posible. Pero en lugar de utilizar esa luz para ver cosas lejanas, la emplea para discernir distintas características de diminutas moléculas fluorescentes adheridas a proteínas y membranas celulares.
"El sistema está parcialmente inspirado en los telescopios", explica en un comunicado Omeng Zhang, investigador de la Universidad de Washington en San Luis y creador del nuevo sistema, que se presenta en Nature Photonics. "Es un montaje muy similar. En lugar de la conocida forma de panal del JWST, utilizamos espejos en forma de pirámide".
En la actualidad, los microscopios de este ámbito se enfrentan a retos a la hora de crear imágenes biológicas. Por un lado, las cantidades tan pequeñas de luz que emiten las moléculas fluorescentes son sensibles a las más mínimas aberraciones, incluido el turbio entorno del interior de una célula. Por ello, la obtención de imágenes precisas depende en mayor medida del procesamiento informático para corregir la orientación una vez captada la imagen.
"Piensa en crear una imagen en color cuando todo lo que tiene son sensores de cámara en escala de grises", explica Lew. "Podrías intentar recrear el color utilizando una herramienta computacional, o puedes medirlo directamente utilizando un sensor de color, que utiliza varios filtros de color absorbentes sobre diferentes píxeles para detectar los colores".
De forma similar, los microscopios estándar simplemente no detectan cómo están orientadas las moléculas. El microscopio raMVR utiliza una óptica de polarización denominada 'waveplates' junto con sus espejos piramidales para separar la luz en ocho canales, cada uno de los cuales representa una parte diferente de la posición y orientación de la molécula.
Cabe destacar que el microscopio raMVR no es una tecnología pequeña. Pero más pequeño no siempre es mejor.
"En la vanguardia de la ingeniería física, a menudo tenemos que hacer concesiones para que nuestros instrumentos sean compactos", afirma Lew. "En este caso, decidimos tomar un camino diferente: ¿Cómo podemos aprovechar toda la luz posible para realizar mediciones lo más precisas posible? Es absolutamente divertido pensar de forma diferente sobre la arquitectura de un microscopio y, en este caso, creemos que el nuevo rendimiento de las imágenes 6D permitirá nuevos descubrimientos científicos en un futuro próximo."
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