Una nueva era de la imagen: ingenieros de la Universidad de Boston lideran técnicas de microscopía revolucionarias
Los investigadores han logrado avances significativos en el campo de la imagen vibracional
Cuando los microscopios tienen dificultades para captar señales débiles, es como intentar ver detalles sutiles en un cuadro o una fotografía sin gafas. Para los investigadores, esto dificulta la captación de las pequeñas cosas que suceden en las células u otros materiales. En una nueva investigación, el Dr. Ji-Xin Cheng, Catedrático Moustakas de Fotónica y Optoelectrónica de la Universidad de Boston, y sus colaboradores están creando técnicas más avanzadas para que los microscopios vean mejor los pequeños detalles de las muestras, sin necesidad de tintes especiales. Sus resultados, publicados en Nature Communications y Science Advances respectivamente, están ayudando a los científicos a visualizar y comprender sus muestras de forma más sencilla y con mayor precisión.
En este artículo de preguntas y respuestas, el Dr. Cheng, que también es profesor en varios departamentos de la BU -ingeniería biomédica, ingeniería eléctrica e informática, química y física-, profundiza en los hallazgos descubiertos en ambos trabajos de investigación. Destaca el trabajo que él y su equipo están llevando a cabo en la actualidad y ofrece una visión global de cómo estos descubrimientos podrían influir en el campo de la microscopía y, potencialmente, en futuras aplicaciones científicas.
Usted y sus colaboradores han publicado recientemente dos artículos sobre microscopía en Nature Communications y Science Advances. ¿Cuáles son las principales conclusiones de cada uno de ellos?
Estos dos artículos pretenden abordar un reto fundamental en el creciente campo de la imagen vibracional, que está abriendo una nueva ventana para las ciencias de la vida y de los materiales. El reto consiste en superar el límite de detección para que la imagen vibracional sea tan sensible como la fluorescente, de modo que podamos visualizar moléculas diana a concentraciones muy bajas (de micromolar a nanomolar) sin necesidad de tintes. Nuestra innovación para abordar este reto fundamental consiste en desplegar la microscopía fototérmica para detectar los enlaces químicos en una muestra. Tras la excitación de la vibración de los enlaces químicos, la energía se disipa rápidamente en calor, provocando un aumento de la temperatura. Este efecto fototérmico puede medirse mediante un haz de sonda que atraviesa el foco.
Nuestro método es fundamentalmente diferente de la microscopía de dispersión Raman coherente, una plataforma de imagen vibracional de alta velocidad descrita en mi revisión científica de 2015. Juntos, hemos establecido una nueva clase de herramientas de imagen química, denominada microscopía fototérmica vibracional o microscopía VIP. En el artículo publicado en Nature Communications, hemos desarrollado un microscopio fototérmico de campo amplio en el infrarrojo medio para visualizar el contenido químico de una partícula vírica señal. En el artículo de Science Advances, desarrollamos un novedoso microscopio fototérmico vibracional basado en el proceso Raman estimulado.
¿Se han obtenido resultados inesperados o sorprendentes en alguno de estos artículos? En caso afirmativo, ¿cómo cuestionan estos resultados los conocimientos o teorías existentes en torno a la microscopía?
El desarrollo de la microscopía SRP fue inesperado. Nunca creímos que el efecto Raman fuera lo suficientemente potente para la microscopía fototérmica, pero nuestras ideas cambiaron en agosto de 2021. Para celebrar mi 50 cumpleaños, mis estudiantes y yo organizamos una fiesta temática deportiva. Durante los festejos, Yifan Zhu, el primer autor del artículo de Science Advances, sufrió una lesión que llevó a su médico a recomendarle un periodo de dos meses de movilidad restringida. Durante su recuperación, le pedí que realizara un cálculo del aumento de temperatura en el foco de un microscopio SRS (dispersión Raman estimulada). Gracias a este accidente, descubrimos un fuerte efecto fototérmico Raman estimulado (SRP). Yifan y otros estudiantes dedicaron entonces dos años al desarrollo. Así se inventó la microscopía SRP.
¿Identificaron los artículos alguna limitación o laguna en sus hallazgos? ¿Cómo pueden afectar estas limitaciones a las implicaciones generales de la investigación?
Ciertamente, nada es perfecto. Al realizar microscopía SRP, descubrimos que cada haz puede tener absorción, lo que provoca un débil fondo no-Raman en la imagen SRP. Estamos desarrollando una forma novedosa de eliminar este fondo.
¿Los resultados de un artículo complementan o contradicen los del otro? ¿Qué relación guardan entre sí?
Los métodos descritos en estos dos artículos son complementarios. El método WIDE-MIP es bueno para detectar enlaces IR-activos, mientras que el método SRP es sensible a los enlaces Raman-activos.
¿Sugieren los artículos nuevas direcciones para la investigación futura en microscopía que podrían tener implicaciones significativas a largo plazo?
Así es. Estos dos artículos indican una nueva clase de microscopía química denominada microscopía fototérmica vibracional o microscopía VIP. La microscopía VIP ofrece una forma muy sensible de sondear enlaces químicos específicos, por lo que podemos utilizarla para cartografiar moléculas de concentraciones muy bajas sin etiquetarlas con colorantes.
¿Están estas tecnologías de imagen disponibles actualmente o las utilizan otros investigadores fuera de su laboratorio?
Hemos presentado patentes provisionales para ambas tecnologías a través de la oficina de Desarrollo Tecnológico de la BU. Al menos dos empresas están interesadas en comercializar la tecnología SRP y una de ellas también está interesada en la tecnología WIDE-MIP.
¿Quiénes son sus principales colaboradores en la investigación?
En el trabajo WIDE-MIP, las muestras de virus son proporcionadas por John Connor, profesor asociado de microbiología en los Laboratorios Nacionales de Enfermedades Infecciosas Emergentes de la BU. El desarrollo de la tecnología WIDE-MIP cuenta con la colaboración de Selim Ünlü, profesor de ingeniería eléctrica e informática de la Facultad de Ingeniería de la Universidad de Boston. Se trata, pues, de un trabajo de colaboración dentro de la Universidad de Boston.
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 Inglés se puede encontrar aquí.
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