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Microscopia oltre il limite di risoluzione

Il team polacco-israeliano guidato dal Dr. Radek Łapkiewicz della Facoltà di Fisica dell'Università di Varsavia ha presentato nella rivista "Optica" un nuovo e rivoluzionario metodo di microscopia che teoricamente non ha limiti di risoluzione.

La ricerca è stata annunciata dalla Foundation for Polish Science (FNP) in una comunicazione al PAP. Dott. Łapkiewicz è un destinatario del programma FIRST TEAM.


Lo sviluppo delle scienze della vita e della medicina richiede l'osservazione di oggetti sempre più piccoli, ad esempio la struttura e l'interazione delle proteine ​​nelle cellule. I campioni osservati non dovrebbero differire dalle strutture naturalmente presenti nel corpo, pertanto i metodi ei reagenti non devono essere usati in modo troppo aggressivo.
Il classico microscopio ottico ha una risoluzione insufficiente. A causa della lunghezza d'onda della luce, un tale microscopio non consente l'imaging di strutture più piccole di circa 250 nanometri (metà della lunghezza d'onda della luce verde). Gli oggetti più vicini tra loro non possono più essere distinti. Questa è la cosiddetta limitazione diffrattiva.
Il microscopio elettronico ha una risoluzione di diversi ordini di grandezza superiore a un microscopio ottico, ma ci permette di osservare solo oggetti morti che vengono posti nel vuoto e bombardati da un fascio di elettroni. Non si tratta di studiare organismi viventi o processi che si verificano naturalmente in essi.

Fonte immagine: Optica Vol. 7, Edizione 10, pp. 1308-1316 (2020) •https://doi.org/10.1364/OPTICA.399600


La soluzione è un microscopio a fluorescenza ad alta risoluzione (la ricerca per sviluppare quest'area dell'imaging ha vinto il Premio Nobel nel 2008 e nel 2014). Come si ricorda nella comunicazione, esistono già diverse tecniche di microscopia a fluorescenza. I metodi PALM, STORM o STED sono caratterizzati da un'elevata risoluzione e consentono la differenziazione di oggetti distanti solo una dozzina di nanometri. Tuttavia, sono necessari un lungo tempo di esposizione e una preparazione complicata dei preparati biologici. La microscopia SIM o ISM, d'altra parte, sono metodi facili da usare, ma con una risoluzione significativamente limitata: consentono di vedere strutture che sono solo il doppio del limite di diffrazione. Dott. Radek Łapkiewicz del Quantum Optics Laboratory della Facoltà di Fisica dell'Università di Varsavia e Aleksandra Środa e Adrian Makowski - studenti dell'Università di Varsavia di scienze della vita - insieme al team di Dan Oron dell'Istituto Weizmann in Israele hanno migliorato il metodo ISM esistente e ha introdotto una nuova tecnologia, la microscopia a scansione di immagini a fluttuazione ottica a super risoluzione (SOFISM). Sono riusciti a dimostrare che il limite di diffrazione è stato superato quattro volte, ha riferito l'FNP.

"SOFISM offre un compromesso tra facilità d'uso e risoluzione. Crediamo che il nostro metodo possa riempire la nicchia tra tecniche complesse, difficili da usare, ad altissima risoluzione e metodi a bassa risoluzione ma facili da usare. SOFISM non ha limite teorico di risoluzione, ma nel nostro lavoro abbiamo presentato risultati in cui abbiamo superato il limite di diffrazione quattro volte. Nell'articolo abbiamo anche dimostrato che il metodo SOFISM ha un alto potenziale per l'imaging di strutture biologiche tridimensionali ", afferma il dott. . Radek Łapkiewicz, citato nella comunicazione.

Il metodo sviluppato dai fisici di Varsavia è tecnicamente molto accessibile. Come si legge nel comunicato, è sufficiente modificare leggermente il microscopio confocale comunemente utilizzato nei laboratori (sostituzione del fotomoltiplicatore con un rivelatore ad array di SPAD), allungare leggermente il tempo di misura e cambiare la procedura di trattamento dei dati.

"Fino a poco tempo, i rivelatori a matrice SPAD erano costosi e inadeguati per applicazioni come la nostra. La situazione è cambiata di recente. Dallo scorso anno sono stati disponibili nuovi rivelatori SPAD che incorporano sia la tecnologia che le barriere di prezzo. Pertanto, riteniamo che il microscopio a fluorescenza tecniche come il SOFISM possono diventare tecniche comuni per gli esami microscopici nel giro di pochi anni ". - sottolinea il Dr. Łapkiewicz.

La pubblicazione è qui da trovare.