Recorde na medição de força em escala microscópica

Redação do Site Inovação Tecnológica - 26/06/2024

A microscopia de força fotônica super-resolvida detecta forças de interação ultrafracas entre nanopartículas e superfícies, uma ferramenta sem precentes para a biologia e a medicina.
[Imagem: Lei Ding]

Balança mais sensível do mundo

Cientistas da Austrália e da China descobriram uma nova maneira de medir forças incrivelmente minúsculas, operando em nanoescala, abrindo novas fronteiras sobre o que sabemos - e poderemos vir a saber - sobre o mundo microscópico.

A nova técnica, que utiliza um microscópio de força fotônica super-resolvido, é capaz de detectar forças tão pequenas quanto 108,2 attonewtons, uma escala tão minúscula que se compara ao peso de um único vírus - um attonewton é um bilionésimo de um bilionésimo de newton (10^-18 newtons).

Essa medição ultrassensível, que funciona em soluções aquosas, é feita por nanopartículas dopadas com elementos de terras raras, ou lantanídeos, aprisionadas por pinças ópticas, que são então usadas para sondar as minúsculas forças em jogo nos sistemas biológicos.

"Compreender estas pequenas forças é crucial para o estudo dos processos biomecânicos, que são fundamentais para o funcionamento das células vivas," disse o professor Fan Wang, da Universidade Beihang, na China. "Até agora, medir forças tão pequenas com alta precisão em um ambiente líquido era um desafio significativo devido a fatores como aquecimento da sonda e problemas de sinal fraco."

A nova técnica tem aplicações potenciais no desenvolvimento de novas ferramentas nanotecnológicas e na melhoria da sensibilidade dos diagnósticos biomédicos.
[Imagem: Xuchen Shan et al. - 10.1038/s41566-024-01462-7]

Microscópio de força fotônica

A técnica desenvolvida pela equipe, empregando nanotecnologia avançada e técnicas computacionais, compõe um novo tipo de microscopia, que a equipe chamou de SRPFM (Super-Resolved Photonic Force Microscope, ou microscópio de força fotônica super-resolvido).

Usando uma rede neural para calcular a localização das amostras em super-resolução, a equipe conseguiu medir com precisão como as nanopartículas são deslocadas por pequenas forças dentro de um meio fluido. E, além de melhorar a resolução, a técnica minimiza a energia necessária para segurar as nanopartículas, reduzindo assim potenciais danos às amostras biológicas.

"Nosso método pode detectar forças de até 1,8 femtonewtons por raiz quadrada da largura de banda, o que está próximo do limite teórico imposto pelo ruído térmico," disse o pesquisador Lei Ding.

"Ao disponibilizarmos uma nova ferramenta para medir eventos biológicos em nível molecular, esta técnica poderá revolucionar a nossa compreensão de uma série de fenômenos biológicos e físicos," disse o professor Xuchen Shan, citando exemplos que vão desde o funcionamento das proteínas nas células humanas até novos métodos de detecção de doenças em fases iniciais.

A equipe também já testou a nova tecnologia de microscopia na medição de forças de eletroforese atuando em nanopartículas individuais e as forças de interação entre moléculas de DNA e interfaces, cruciais para o desenvolvimento de técnicas avançadas de engenharia biomédica.

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