Material que encolhe a luz dá super-resolução a microscópios comuns

Redação do Site Inovação Tecnológica - 15/06/2021

O metamaterial hiperbólico é criado sobre uma lâmina comum de microscópio, na qual são posteriormente colocadas as células vivas para visualização.
[Imagem: Junxiang Zhao]

Super-resolução

Um material de aparência simples e fino como uma folha de papel foi suficiente para melhorar drasticamente a resolução de um microscópio óptico comum, a ponto de torná-lo um microscópio conhecido como de "super-resolução".

Apenas usando essa lâmina, o microscópio passou a ser capaz de observar diretamente estruturas e detalhes em células vivas que até agora exigiam que a célula fosse morta para ser observada no microscópio eletrônico.

O material é projetado de forma a encurtar o comprimento de onda da luz que o atravessa - esta "luz encolhida" é o que essencialmente permite ao microscópio obter imagens em resolução muito alta.

"Este material converte luz de baixa resolução em luz de alta resolução," descreve o professor Zhaowei Liu, da Universidade da Califórnia de San Diego. "Ele é muito simples e fácil de usar. Basta colocar uma amostra sobre o material e, em seguida, colocar tudo sob um microscópio normal - nenhuma modificação especial é necessária."

Isso supera uma grande limitação dos microscópios ópticos convencionais: a baixa resolução. Os microscópios ópticos são úteis para obter imagens de células vivas, mas não podem ser usados para ver nada menor. Seu limite de resolução, por volta de 200 nanômetros, significa que quaisquer objetos menores do que isso não serão vistos como objetos separados.

Embora existam ferramentas mais poderosas, como os microscópios eletrônicos, que têm a resolução para ver estruturas subcelulares, eles não podem ser usados para obter imagens de células vivas porque as amostras precisam ser colocadas dentro de uma câmara de vácuo e serem bombardeadas com feixes de elétrons.

"O maior desafio é encontrar uma tecnologia que tenha resolução muito alta e também seja segura para as células vivas," disse Liu.

Comparação da luz e da imagem originais (esquerda) com a luz a imagem obtidas com o novo material.
[Imagem: Yeon Ui Lee et al. - 10.1038/s41467-021-21835-8]

Encolhendo a luz

A tecnologia emprega um material especial, chamado metamaterial hiperbólico, capaz de manipular as ondas de luz.

Ele foi fabricado com camadas alternadas de prata e vidro de sílica, cada camada medindo poucos nanômetros de espessura. Conforme a luz passa, seu comprimento de onda encurta e ela se espalha, gerando uma série de padrões pontilhados aleatórios. Como o comprimento de onda da luz fica menor, ele consegue se refletir em objetos menores.

Quando uma amostra é montada na lâmina do microscópio, ela é iluminada de maneiras diferentes por essa série de padrões de luz pontilhada. Isso cria uma série de imagens de baixa resolução, que são todas capturadas e depois reunidas por um algoritmo para produzir uma imagem de alta resolução.

Testado em um microscópio comercial, a técnica permitiu aumentar a resolução de 200 nanômetros para 40 nanômetros.

Os resultados foram excepcionais, mas a equipe agora pretende expandir a tecnologia para gerar imagens de resolução super-alta também em 3D e também se aproximar mais do que eles calculam ser a fronteira dessa tecnologia: Pelos seus cálculos, é possível construir um metamaterial hiperbólico que leva a resolução de um microscópio óptico para 2 nanômetros.

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