El microscopio cuántico puede examinar células con un detalle sin precedentes


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Vista artística de un microscopio cuántico

La Universidad de Queensland

Los microscopios potentes han dado un salto cualitativo. El uso de un truco cuántico con luz ha permitido a los investigadores examinar células vivas con un detalle sin precedentes sin destruirlas, una técnica que podría mejorar los diagnósticos médicos y la investigación microbiológica.

Los microscopios que se utilizan normalmente para examinar sistemas biológicos vivos iluminan con una o dos luces brillantes sus objetivos, y las fuentes de luz más potentes permiten a los investigadores ver las células con más detalle. Pero este enfoque tiene un límite fundamental para la precisión que puede lograr: en algún momento, una luz suficientemente brillante destruirá una célula viva.

"Nuestra comprensión de la vida tal como es ahora se basa casi por completo en la calidad de nuestros microscopios", dice Warwick Bowen de la Universidad de Queensland en Australia. "Estamos realmente limitados por la tecnología, y no es fácil superar los límites existentes porque ya hemos empujado la intensidad lo más alto posible sin destruir la célula".

Bowen y sus colegas han encontrado una forma de superar este problema. Utilizaron un tipo de microscopio con dos fuentes de luz láser, pero enviaron uno de los rayos a través de un cristal especialmente diseñado que "aprieta" la luz. Lo hace mediante la introducción de correlaciones cuánticas en fotones, las partículas de luz en el rayo láser.

Los fotones se acoplaron en pares correlacionados, y cualquiera que tuviera energías diferentes al resto fue rechazado en lugar de emparejarse. Este proceso redujo la intensidad del rayo al tiempo que disminuyó su ruido, lo que permitió obtener imágenes más precisas.

Cuando los investigadores probaron su sistema, descubrieron que podían realizar mediciones un 35% más precisas que un dispositivo similar que no usaba luz comprimida.

"Para obtener este tipo de medición sin correlaciones cuánticas, debe aumentar la intensidad", dice Bowen. "Pero si aumentara la intensidad lo suficiente para igualar estos resultados, destruiría la muestra, por lo que podemos ver cosas que antes hubieran sido imposibles de ver".

Estos incluían la pared de una célula de levadura (Saccharomyces cerevisiae), que tiene unos 10 nanómetros de espesor, así como el fluido dentro de una célula, los cuales serían débiles incluso con los mejores microscopios no cuánticos y completamente invisibles con microscopios estándar. Observar estas pequeñas partes de tejido vivo podría ayudarnos a comprender los conceptos básicos de la vida en las escalas más pequeñas.

"Este es un avance muy emocionante en el campo de la microscopía óptica que abre la puerta para mejorar el funcionamiento de microscopios avanzados, a intensidades de luz que están justo en el umbral de muestras biológicas nocivas", dice Frank Vollmer de la Universidad de Exeter en el REINO UNIDO.

Los microscopios cuánticos también tendrán aplicaciones prácticas, dice Bowen. Por ejemplo, los microscopios basados ​​en luz se utilizan a menudo para determinar si las células son cancerosas o para diagnosticar otras enfermedades, y la luz comprimida podría mejorar drásticamente la sensibilidad de estas pruebas y acelerarlas, dice.

Referencia de la revista: Naturaleza, DOI: 10.1038 / s41586-021-03528-w

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