nuova frontiera nella microscopia a infrarossi: sviluppato un microscopio 30 volte più nitido
Un team di ricercatori dell’Università di Tokyo ha sviluppato un microscopio a infrarossi di media lunghezza d’onda (mid-infrared) in grado di fornire immagini di batteri viventi con una risoluzione trenta volte superiore rispetto ai microscopi a infrarossi convenzionali. Questo avanzamento tecnologico permette di osservare le strutture interne dei batteri con una precisione nanometrica, aprendo nuove prospettive per la ricerca in diversi campi, tra cui quello delle malattie infettive.
• Il regno microscopico e i suoi limiti
• I vantaggi della microscopia a infrarossi di media lunghezza d’onda
La microscopia a infrarossi di media lunghezza d’onda è generalmente limitata dalla sua bassa risoluzione, specialmente se confrontata con altre tecniche di microscopia. Tuttavia, il nuovo sviluppo ha prodotto immagini con una risoluzione di 120 nanometri, un miglioramento significativo rispetto alla risoluzione tipica di circa 3 micron dei microscopi a infrarossi convenzionali.
Il regno microscopico e i suoi limiti
Nel regno microscopico risiedono virus, proteine e molecole. Grazie ai moderni microscopi, possiamo esplorare le strutture interne delle nostre stesse cellule. Tuttavia, anche questi strumenti hanno delle limitazioni. Ad esempio, i microscopi fluorescenti a super-risoluzione richiedono che i campioni siano etichettati con fluorescenza, il che può essere tossico per i campioni e l’esposizione prolungata alla luce può sbiancare i campioni, rendendoli inutilizzabili. I microscopi elettronici, invece, possono fornire dettagli molto impressionanti, ma i campioni devono essere posti in un vuoto, quindi non è possibile studiare campioni vivi.
I vantaggi della microscopia a infrarossi di media lunghezza d’onda
La microscopia a infrarossi di media lunghezza d’onda, al contrario, può fornire informazioni sia chimiche che strutturali sulle cellule viventi, senza la necessità di colorarle o danneggiarle. Tuttavia, il suo utilizzo è stato limitato nella ricerca biologica a causa della sua capacità di risoluzione relativamente bassa.
Il team dell’Università di Tokyo ha superato questo ostacolo utilizzando una “apertura sintetica”, una tecnica che combina diverse immagini prese da angoli illuminati diversi per creare un’immagine complessiva più chiara. Tipicamente, un campione viene inserito tra due lenti che, tuttavia, assorbono parte della luce a infrarossi. I ricercatori hanno risolto questo problema posizionando un campione di batteri (E. coli e Rhodococcus jostii RHA1) su una lastra di silicio che riflette la luce visibile e trasmette la luce infrarossa. Ciò ha permesso di utilizzare una singola lente, migliorando l’illuminazione del campione con la luce a infrarossi e ottenendo un’immagine più dettagliata.
“Siamo rimasti sorpresi dalla chiarezza con cui abbiamo potuto osservare le strutture intracellulari dei batteri. L’alta risoluzione spaziale del nostro microscopio potrebbe consentirci di studiare, ad esempio, la resistenza antimicrobica, che è un problema globale,” ha spiegato il professor Takuro Ideguchi dell’Istituto per la Scienza e la Tecnologia dei Fotoni dell’Università di Tokyo. “Crediamo di poter continuare a migliorare la tecnica in varie direzioni. Se utilizziamo una lente migliore e una lunghezza d’onda più corta della luce visibile, la risoluzione spaziale potrebbe essere inferiore a 100 nanometri. Con una chiarezza superiore, vorremmo studiare vari campioni cellulari per affrontare problemi biomedici fondamentali e applicati.”
Il riferimento per questo studio è “Mid-infrared wide-field nanoscopy” di Miu Tamamitsu, Keiichiro Toda, Masato Fukushima, Venkata Ramaiah Badarla, Hiroyuki Shimada, Sadao Ota, Kuniaki Konishi e Takuro Ideguchi, pubblicato il 17 aprile 2024 su Nature Photonics.