¿Qué significa aquí "resolución"? Resuelto el enigma de la microscopía
Un nuevo método de microscopía permite identificar moléculas: la cuestión de la resolución resultó ser un difícil rompecabezas
A la hora de evaluar la calidad de un microscopio, la pregunta crucial es: ¿qué tamaño tienen las estructuras más pequeñas que pueden visualizarse con él? ¿Cuánto pueden acercarse dos objetos entre sí hasta que dejen de verse como dos objetos separados y se difuminen en una sola mancha de imagen?
Con los microscopios ópticos convencionales, esto puede calcularse mediante fórmulas relativamente sencillas. Sin embargo, hoy en día se utilizan técnicas de microscopía complicadas en muchos campos en los que es mucho más difícil responder a esta pregunta.
Una de ellas es la microscopía de fuerza atómica-espectroscopía infrarroja (AFM-IR), que permite visualizar la distribución de sustancias químicas. Este método permite, por ejemplo, identificar y visualizar proteínas en una célula. Sin embargo, a menudo no ha quedado claro qué tan bien funciona este método y en qué situación. La resolución del método varía y depende de forma complicada de muchos efectos diferentes. Ahora, la Universidad Técnica de Viena ha conseguido describir estos efectos y calcular la resolución de estos microscopios. Lo que antes sólo podía determinarse por ensayo y error, ahora puede predecirse con fiabilidad.
Microscopios de fuerza atómica y radiación infrarroja
La técnica de microscopía AFM-IR ha sido objeto de investigación en la TU Wien durante varios años. Combina la microscopía de fuerza atómica (AFM) con la espectroscopía infrarroja (IR).
La radiación infrarroja permite detectar moléculas de gran tamaño, como las proteínas: Cada molécula reacciona a una longitud de onda infrarroja distinta. Al medir en muchas longitudes de onda infrarrojas diferentes, se obtiene el llamado espectro infrarrojo, algo así como la huella dactilar de una molécula. Este espectro permite reconocer de qué molécula se trata.
"Sin embargo, todavía no se sabe exactamente dónde se encuentra esta molécula", afirma el profesor Georg Ramer, del Instituto de Tecnologías y Análisis Químicos de la Universidad Técnica de Viena. Sin embargo, este método infrarrojo puede combinarse con un microscopio de fuerza atómica. Se trata de escanear la superficie de la muestra con una punta muy fina. Si una molécula que está absorbiendo la radiación infrarroja se encuentra en un punto determinado, se produce un calentamiento localizado precisamente en ese punto. La muestra se expande un poco y esto se puede medir con el microscopio de fuerza atómica. Así no sólo se sabe de qué molécula se trata, sino también dónde se encuentra exactamente.
¿La resolución exacta? Un misterio
"Muchos investigadores y empresas utilizan este método con éxito porque permite saber con muy alta resolución dónde se encuentran las moléculas. Hasta ahora, sin embargo, ha sido una especie de secreto sucio", afirma Georg Ramer. "Nadie podía decir cuál era la resolución espacial de la tecnología. Las respuestas que pueden encontrarse en la literatura -10 nanómetros o incluso 100 nanómetros- rara vez están realmente bien fundamentadas, sino que son más bien conjeturas". El método no siempre funciona igual de bien; varía de una muestra a otra.
Esto es un problema, porque si no se conoce la resolución, no se puede decir para qué aplicaciones se puede utilizar el método. Es posible que se realicen experimentos para los que esta técnica no es realmente adecuada.
"Hemos estudiado a fondo este problema y hemos llevado a cabo experimentos, además de desarrollar modelos computacionales y simulaciones por ordenador", explica Yide Zhang, uno de los dos estudiantes de doctorado que trabajan en el proyecto. "Ahora por fin podemos explicar exactamente por qué se produce este extraño efecto, en el que la resolución a veces es mejor y a veces peor".
Cuando una molécula de la muestra absorbe luz infrarroja y se calienta, no siempre se produce la misma expansión medida. Esta expansión depende también de la rapidez con que se disipa el calor y de la cantidad de material que haya entre la molécula y la punta del instrumento. El nuevo modelo informático permite calcular con qué intensidad reacciona cada muestra a este efecto del calor y en qué casos concretos debería ser visible y en cuáles no.
Más información que nunca sobre la muestra
"Nuestros resultados pueden utilizarse ahora para decidir de antemano si un experimento concreto con el método tiene algún sentido", afirma Georg Ramer. "Y eso no es todo: nuestro trabajo también nos permite interpretar los experimentos de forma más correcta y optimizar la sensibilidad y la resolución". Hasta ahora, por ejemplo, la muestra solía considerarse una superficie bidimensional. Con los nuevos hallazgos, sin embargo, ahora también se pueden hacer afirmaciones sobre la tercera dimensión: Ahora es posible crear una imagen tridimensional de la muestra a escala nanométrica.
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
Yide Zhang, Ufuk Yilmaz, Gustavo Vinicius Bassi Lukasievicz, Liam O’Faolain, Bernhard Lendl, Georg Ramer; "An analytical model of label-free nanoscale chemical imaging reveals avenues toward improved spatial resolution and sensitivity"; Proceedings of the National Academy of Sciences, Volume 122, 2025-1-24
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