Microscópio inspirado em telescópio vê moléculas em 6D

Redação do Site Inovação Tecnológica - 22/12/2022

Detectando posição e orientação

Uma nova tecnologia, inspirada em parte pelo projeto do telescópio espacial James Webb (JWST), usa segmentos de espelho para classificar e coletar luz na escala microscópica.

O arranjo permite capturar imagens de moléculas com um novo nível de resolução, revelando tanto posição quanto orientação, cada uma em três dimensões.

Assim como o telescópio espacial, o microscópio depende de coletar o máximo de luz possível. Mas, em vez de usar essa luz para ver coisas distantes, o microscópio a usa para discernir diferentes características de pequenas moléculas fluorescentes ligadas a proteínas e membranas celulares.

"A configuração é parcialmente inspirada em telescópios. É uma configuração muito semelhante. Em vez da forma familiar de favo de mel do JWST, usamos espelhos em forma de pirâmide," contou Oumeng Zhang, da Universidade de Washington.

Essa técnica de microscopia está sendo chamada de raMVR, sigla em inglês para "refletor de visão múltipla radialmente e azimutalmente polarizado".

Não basta ver a molécula; é preciso saber onde e em que posição ela está.
[Imagem: Oumeng Zhang et al. - 10.1038/s41566-022-01116-6]

Microscópio inspirado em telescópio

Os microscópios têm melhorado continuamente, mas ainda enfrentam desafios na geração de imagens de amostras biológicas. Por um lado, as pequenas quantidades de luz emitidas pelas moléculas fluorescentes são sensíveis às menores aberrações - mesmo do ambiente quase totalmente escuro dentro de uma célula. Por causa disso, a geração das imagens finais depende de um pesado processamento de computador, para identificar a orientação do objeto após a captura da imagem.

"Pense em criar uma imagem colorida quando tudo o que você tem são sensores de câmera em escala de cinza," explica o professor Matthew Lew. "Você pode tentar recriar a cor usando uma ferramenta computacional ou pode medi-la diretamente usando um sensor de cor, que usa vários filtros de cor absorventes em cima de diferentes píxeis para detectar cores."

De maneira semelhante, os microscópios padrão simplesmente não detectam como as moléculas são orientadas. Já o microscópio raMVR usa uma óptica de polarização, conhecida como placas de onda, em conjunto com seus espelhos em forma de pirâmide para separar a luz em oito canais, cada um dos quais representa uma parte diferente da posição e da orientação da molécula.

Infelizmente, o aparato necessário para construir o microscópio raMVR não é pequeno. Mas os ganhos parecem valer a pena.

"Na vanguarda da engenharia da física, muitas vezes temos que fazer compensações para tornar nossos instrumentos compactos," disse Lew. "Aqui, decidimos adotar uma abordagem diferente: Como poderíamos usar cada precioso pedacinho de luz para fazer a medição mais precisa possível? É absolutamente divertido pensar de modo diferente sobre a arquitetura de um microscópio, e aqui nós acreditamos que o desempenho deste imageamento 6D recém-descoberto permitirá novas descobertas científicas em um futuro próximo."

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