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Nova técnica não usa superlentes para melhorar imagens obtidas em microscópios

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Fonte

Universidade de Sydney

Data

segunda-feira, 23 outubro 2023 19:05

Áreas

Biologia. Biomedicina. Física Médica. Fotônica. Imagens e Diagnóstico. Microbiologia.

Desde que Antonie van Leeuwenhoek descobriu o mundo das bactérias através de um microscópio no final do século XVII, os seres humanos têm tentado olhar mais profundamente para o mundo em pequena escala. No entanto, existem limites físicos para a precisão com que se pode examinar um objeto usando os métodos ópticos tradicionais. Isto é conhecido como ‘limite de difração’ e é determinado pelo fato de a luz se manifestar como uma onda. Isso significa que a imagem focada nunca pode ser menor que metade do comprimento de onda da luz usada para sua observação.

Todas as tentativas de quebrar esse limite com ‘superlentes’ atingiram o obstáculo de perdas visuais extremas. Mas, recentemente, físicos da Universidade de Sydney, na Austrália, mostraram um novo caminho para alcançar [o desempenho de] superlentes com perdas mínimas, ultrapassando o limite de difração por um fator de quase quatro vezes. A chave do sucesso foi remover completamente as superlentes. Os resultados da pesquisa foram publicados na revista científica Nature Communications.

Segundo os pesquisadores, o trabalho deve permitir aos cientistas melhorar ainda mais a microscopia de super-resolução, o que poderia melhorar a visualização em campos como diagnóstico de câncer, imagens médicas ou arqueologia e ciência forense.

O Dr. Alessandro Tuniz, autor principal da pesquisa e pesquisador da Escola de Física e do Nano Institute da Universidade de Sydney, destacou: “Desenvolvemos uma maneira prática de implementar superlentes, sem superlentes. Para fazer isso, colocamos nossa sonda de luz longe do objeto e coletamos informações de alta e baixa resolução. Ao medir mais longe, a sonda não interfere nos dados de alta resolução, uma característica dos métodos anteriores”.

Muitas tentativas anteriores foram na direção de desenvolver superlentes usando novos materiais. No entanto, a maioria dos materiais absorve muita luz para tornar a superlente útil.

“Superamos isso realizando a operação da superlente como uma etapa de pós-processamento em um computador, após a medição em si. Isto produz uma imagem ‘verdadeira’ do objeto através da amplificação seletiva de ondas de luz evanescentes”, explicou o Dr. Alessandro Tuniz.

“Nosso método pode ser aplicado para determinar o teor de umidade em folhas com maior resolução, ou ser útil em técnicas avançadas de microfabricação, como técnicas não destrutivas de avaliação de integridade de microchips. E o método poderia até ser usado para revelar camadas ocultas em obras de arte, talvez sendo útil para descobrir falsificações de arte ou obras ocultas”, disse o Dr. Boris Kuhlmey, coautor do estudo e também professor da Universidade de Sydney.

Normalmente, as tentativas de [desenvolvimento de] superlentes tentaram se concentrar nas informações de alta resolução. Isso ocorre porque esses dados úteis decaem exponencialmente com a distância e são rapidamente sobrecarregados por dados de baixa resolução, que não decaem tão rapidamente. No entanto, mover a sonda tão perto de um objeto distorce a imagem.

“Ao afastar a nossa sonda, podemos manter a integridade das informações de alta resolução e usar uma técnica pós-observação para filtrar os dados de baixa resolução”, disse o professor Boris Kuhlmey.

A pesquisa foi feita utilizando luz em frequência de terahertz e comprimento de onda milimétrico, na região do espectro entre o visível e o micro-ondas. “Esta é uma faixa de frequência muito difícil de trabalhar, mas muito interessante, porque nesta faixa poderíamos obter informações importantes sobre amostras biológicas, como estrutura de proteínas, dinâmica de hidratação ou para uso em imagens de câncer”, destacou o professor Boris Kuhlmey.

“Esta técnica é o primeiro passo para permitir imagens de alta resolução enquanto se permanece a uma distância segura do objeto sem distorcer o que se vê. Nossa técnica poderia ser usada em outras faixas de frequência. Esperamos que qualquer pessoa que realize microscopia óptica de alta resolução considere esta técnica interessante”, concluiu o Dr. Alessandro Tuniz.

Acesse o artigo científico completo (em inglês).

Acesse a notícia completa na página da Universidade de Sydney (em inglês).

Fonte: Universidade de Sydney. Imagem: Freepik.

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