Bactérias sendo iluminadas com infravermelho médio

Esta ilustração representa uma bactéria sendo iluminada com infravermelho médio no canto superior esquerdo, enquanto a luz visível de um microscópio abaixo é usada para ajudar a capturar a imagem. Crédito: 2024 Ideguchi et al./Nature Photonics

As imagens químicas tiradas do interior das bactérias eram 30 vezes mais nítidas do que as dos microscópios convencionais de infravermelho médio.

Pesquisadores da Universidade de Tóquio desenvolveram um microscópio infravermelho médio avançado, que lhes permite ver as estruturas dentro de bactérias vivas em escala nanométrica. A microscopia infravermelha média é normalmente limitada por sua baixa resolução, especialmente quando comparada a outras técnicas de microscopia.

Este último desenvolvimento produziu imagens de 120 nanômetros, o que os pesquisadores dizem ser uma melhoria de trinta vezes na resolução dos microscópios típicos de infravermelho médio. Ser capaz de visualizar amostras com mais clareza nesta escala menor pode ajudar vários campos de pesquisa, inclusive em doenças infecciosas, e abre caminho para o desenvolvimento de imagens ainda mais precisas baseadas no infravermelho médio no futuro.

O reino microscópico é onde vivem os vírus, proteínas e moléculas. Graças aos microscópios modernos, podemos aventurar-nos a ver o funcionamento interno das nossas próprias células. Mas mesmo essas ferramentas impressionantes têm limitações. Por exemplo, microscópios fluorescentes de super-resolução exigem que as amostras sejam marcadas com fluorescência. Às vezes, isso pode ser tóxico para as amostras e a exposição prolongada à luz durante a visualização pode descolorir as amostras, o que significa que elas não são mais úteis. Os microscópios eletrônicos também podem fornecer detalhes muito impressionantes, mas as amostras devem ser colocadas no vácuo, portanto, amostras vivas não podem ser estudadas.

Vantagens da microscopia infravermelha média

Em comparação, a microscopia infravermelha média pode fornecer informações químicas e estruturais sobre células vivas, sem a necessidade de colori-las ou danificá-las. No entanto, seu uso tem sido limitado em pesquisas biológicas devido à sua capacidade de resolução comparativamente baixa. Embora a microscopia fluorescente de super-resolução possa restringir imagens a dezenas de nanômetros (1 nanômetro sendo um milionésimo de milímetro), a microscopia infravermelha média normalmente só pode atingir cerca de 3 mícrons (1 mícron sendo um milésimo de milímetro).

No entanto, num novo avanço, investigadores da Universidade de Tóquio alcançaram uma resolução de microscopia infravermelha média mais elevada do que nunca. “Conseguimos uma resolução espacial de 120 nanômetros, ou seja, 0,12 mícron. Esta incrível resolução é cerca de 30 vezes melhor do que a da microscopia convencional de infravermelho médio”, explicou o professor Takuro Ideguchi, do Instituto de Ciência e Tecnologia de Fótons da Universidade de Tóquio.

A equipe usou uma “abertura sintética”, uma técnica que combina várias imagens tiradas de diferentes ângulos iluminados para criar uma imagem geral mais nítida. Normalmente, uma amostra é colocada entre duas lentes. As lentes, no entanto, absorvem inadvertidamente parte da luz infravermelha média. Eles resolveram esse problema colocando uma amostra, uma bactéria (E. coli e Rhodococcus jostii RHA1), sobre uma placa de silício que refletia luz visível e transmitia luz infravermelha. Isso permitiu que os pesquisadores usassem uma única lente, permitindo-lhes iluminar melhor a amostra com luz infravermelha média e obter uma imagem mais detalhada.

“Ficamos surpresos com a clareza com que pudemos observar as estruturas intracelulares das bactérias. A alta resolução espacial do nosso microscópio poderia nos permitir estudar, por exemplo, a resistência antimicrobiana, que é um problema mundial”, disse Ideguchi. “Acreditamos que podemos continuar a melhorar a técnica em várias direções. Se usarmos uma lente melhor e um comprimento de onda mais curto de luz visível, a resolução espacial poderá até ficar abaixo de 100 nanômetros. Com clareza superior, gostaríamos de estudar várias amostras de células para resolver problemas biomédicos fundamentais e aplicados.”

Referência: “Nanoscopia de campo amplo no infravermelho médio” por Miu Tamamitsu, Keiichiro Toda, Masato Fukushima, Venkata Ramaiah Badarla, Hiroyuki Shimada, Sadao Ota, Kuniaki Konishi e Takuro Ideguchi, 17 de abril de 2024, Fotônica da Natureza.
DOI: 10.1038/s41566-024-01423-0



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