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La magia de la microscopía de súper resolución: ¿Cómo romper los límites de la luz?
En la comunidad científica, el avance de la tecnología de microscopía es sin duda una herramienta importante para revelar los misterios del mundo microscópico, entre los que destaca especialmente la tecnología de microscopía de súper resolución. Esta serie de tecnologías no sólo rompe el límite de difracción de los microscopios ópticos, sino que también demuestra un gran potencial en aplicaciones en investigación biomédica y biología molecular, proporcionándonos una comprensión más completa de la estructura interna y la función de las células.
Las técnicas de obtención de imágenes de súper resolución se basan en la elección de configuraciones de campo cercano (como la microscopía de túnel de fotones y la microscopía óptica de barrido de campo cercano) o de campo lejano.
La microscopía de superresolución se puede dividir en dos categorías principales: tecnología de superresolución determinista y tecnología de superresolución estocástica. El primero utiliza la respuesta no lineal de los luminóforos (moléculas fluorescentes) que se utilizan habitualmente en los microscopios biológicos para mejorar la resolución. Las técnicas típicas incluyen la reducción de luminiscencia estimulada (STED) y la reducción del estado fundamental (GSD). Este último utiliza el comportamiento temporal de las fuentes de luz molecular para permitir que moléculas fluorescentes similares emitan luz por separado, formando imágenes resolubles. Dichas técnicas incluyen la obtención de imágenes de ondas ópticas de superresolución (SOFI) y la microscopía de localización de moléculas individuales (SMLM). Por ejemplo, PALM y TORMENTA.
El 8 de octubre de 2014, Eric Büttig, Walter Molnar y Stefan Hell recibieron el Premio Nobel de Química por "el desarrollo de la microscopía de fluorescencia de superresolución", lo que marca el primer gran avance en el campo de la microscopía óptica. reino de la nanoescala.
Las teorías para romper el límite de Abbe han ido surgiendo desde la década de 1970. Un artículo de investigación de 1978 propuso el concepto de utilizar la microscopía 4Pi, un microscopio de fluorescencia de barrido láser que logra una alta resolución al enfocar fuentes de luz desde ambos lados. Sin embargo, la investigación de la época no prestó suficiente atención a la mejora de la resolución axial. En 1986, se patentó por primera vez la microscopía óptica de súper resolución basada en emisión estimulada.
Aplicación de la tecnología de superresolución
Estas técnicas de súper resolución no sólo proporcionan nuevas perspectivas para la microscopía, sino que también aceleran la observación de biomoléculas. Entre ellos, el microscopio de mapeo aleatorio óptico de campo cercano (NORM) obtiene información óptica de campo cercano observando el movimiento browniano de nanopartículas en suspensión. Su proceso de obtención de imágenes no requiere un equipo de posicionamiento especial, lo que sin duda mejora la eficiencia de la adquisición de imágenes.
Reflejando estos avances tecnológicos, la microscopía de iluminación estructurada (SIM) ha demostrado tener potencial para reemplazar a la microscopía electrónica para ciertos diagnósticos médicos. Por ejemplo, la tecnología SIM se utiliza cada vez más en el estudio de enfermedades renales y de la sangre en el diagnóstico médico. Además, la iluminación modulada espacialmente (SMI) mejora aún más la precisión de las mediciones de distancia, permitiendo mediciones de tamaño molecular en la escala de decenas de nanómetros.La microscopía de iluminación estructurada (SIM) logra una resolución espacial mejorada al recopilar información frecuencial-espacial fuera de la región visible y tiene un gran potencial para algunos diagnósticos médicos.
Aplicación de la tecnología de biosensores en el superanálisis
En biología celular, la tecnología de biodetección es un medio importante para comprender las actividades de los componentes celulares. Estos sensores generalmente constan de dos partes: detección e informes, utilizando tecnología de detección de fluorescencia para cuantificar las actividades biológicas. La aparición de nuevas sondas fluorescentes ha ampliado enormemente la posibilidad de observar procesos dinámicos dentro de las células.
La microscopía de transiciones de fluorescencia óptica saturable reversible (RESOLFT) no solo permite la captura de más detalles en las imágenes, sino que también amplía el concepto de súper resolución, haciéndolo cada vez más importante en la investigación biomédica.
Con el continuo desarrollo de la tecnología, los métodos deterministas como STED y GSD se han ido mejorando gradualmente, aportando nuevas soluciones. Sin embargo, la practicidad de estas tecnologías aún se ve comprometida por la complejidad de los equipos y el riesgo de dañar las muestras. Por lo tanto, aunque la tecnología de microscopía de súper resolución tiene capacidades de resolución extraordinarias, los científicos aún necesitan seguir explorando su aplicación óptima en diversos campos.
La integración y aplicación de estas tecnologías nos permiten comprender de forma más intuitiva la maquinaria, la estructura y la función de las células y, en última instancia, inspirar más investigaciones biomédicas. ¿Cómo ampliarán los futuros descubrimientos científicos nuestra comprensión de la vida? ¿La tela de lana?
