O microscópio quântico pode examinar as células em detalhes sem precedentes

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Imagem padrão do novo cientista

Impressão artística de um microscópio quântico

A universidade de Queensland

Microscópios poderosos deram um salto quântico. O uso de um truque quântico com a luz permitiu aos pesquisadores examinar células vivas em detalhes sem precedentes sem destruí-las, uma técnica que pode melhorar os diagnósticos médicos e as pesquisas em microbiologia.

Os microscópios geralmente usados ​​para examinar sistemas biológicos vivos iluminam seus alvos com uma ou duas luzes brilhantes, e fontes de luz mais poderosas permitem que os pesquisadores vejam as células com mais detalhes. Mas essa abordagem tem um limite fundamental para a precisão que pode atingir: em algum ponto, uma luz forte o suficiente destruirá uma célula viva.

“Nossa compreensão da vida como ela é agora depende quase inteiramente da qualidade de nossos microscópios”, diz Warwick Bowen, da Universidade de Queensland, na Austrália. “Estamos realmente limitados pela tecnologia e não é óbvio como quebrar os limites existentes porque já aumentamos a intensidade o máximo que podemos sem destruir a célula.”

Bowen e seus colegas encontraram uma maneira de superar esse problema. Eles usaram um tipo de microscópio com duas fontes de luz laser, mas enviaram um dos feixes através de um cristal especialmente projetado que “comprime” a luz. Ele faz isso introduzindo correlações quânticas nos fótons – as partículas de luz no feixe de laser.

Os fótons foram acoplados em pares correlacionados, e qualquer um deles que tivesse energias diferentes dos outros foi descartado em vez de ser emparelhado. Esse processo diminuiu a intensidade do feixe enquanto diminuiu seu ruído, o que permitiu imagens mais precisas.

Quando os pesquisadores testaram seu sistema, eles descobriram que eram capazes de fazer medições 35% mais nítidas do que um dispositivo semelhante que não usava luz comprimida.

“Para obter esse tipo de medição sem correlações quânticas, seria necessário aumentar a intensidade”, diz Bowen. “Mas se você aumentasse a intensidade o suficiente para corresponder a esses resultados, você destruiria a amostra, então podemos examinar coisas que antes seriam impossíveis de ver.”

Estes incluíam a parede de uma célula de levedura (Saccharomyces cerevisiae), que tem cerca de 10 nanômetros de espessura, bem como o fluido dentro de uma célula, ambos os quais seriam tênues mesmo com os melhores microscópios não quânticos, e completamente invisíveis com microscópios padrão. Observar essas partes minúsculas de tecidos vivos pode nos ajudar a entender os fundamentos da vida em escalas menores.

“Este é um avanço muito empolgante no campo da microscopia óptica, que abre a porta para melhorar o modo como os microscópios de última geração podem trabalhar, em intensidades de luz que estão bem no limiar de danificar amostras biológicas”, disse Frank Vollmer em a Universidade de Exeter no Reino Unido.

Os microscópios quânticos também terão aplicações práticas, diz Bowen. Por exemplo, microscópios baseados em luz são frequentemente usados ​​para determinar se as células são cancerosas ou para diagnosticar outras doenças, e a luz comprimida pode melhorar significativamente a sensibilidade desses testes, bem como acelerá-los, diz ele.

Referência do jornal: Natureza, DOI: 10.1038 / s41586-021-03528-w

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