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Microscopia de fluorescência de alta resolução

17.10.2014

Para ver a célula e seu conteúdo, devemos usar um microscópio. Seu princípio de funcionamento é relativamente simples: os raios de luz passam por um objeto e depois entram em lentes de aumento, de modo que podemos ver tanto a célula quanto algumas das organelas dentro dela, como o núcleo ou as mitocôndrias.

Mas se quisermos ver uma proteína ou molécula de DNA, ou observar um grande complexo supramolecular como um ribossomo ou uma partícula de vírus, então um microscópio de luz comum será inútil. Em 1873, o físico alemão Ernst Abbe deduziu uma fórmula que limita as capacidades de qualquer microscópio de luz: é impossível ver um objeto menor que metade do comprimento de onda da luz visível - ou seja, menos de 0,2 micrômetros.

A solução, obviamente, é escolher algo que possa substituir a luz visível. Você pode usar um feixe de elétrons e, em seguida, obter um microscópio eletrônico - você pode observar vírus e moléculas de proteína nele, mas os objetos observados durante a microscopia eletrônica caem em condições completamente não naturais. Portanto, a ideia de Stefan W. Hell do Instituto de Química Biofísica da Sociedade Max Planck (Alemanha) acabou sendo extremamente bem-sucedida.

A essência da ideia era que um objeto poderia ser irradiado com um feixe de laser, o que colocaria moléculas biológicas em um estado excitado. A partir desse estado, eles começarão a se mover para o estado normal, liberando-se do excesso de energia na forma de radiação de luz - ou seja, a fluorescência começará e as moléculas se tornarão visíveis. Mas as ondas emitidas terão comprimentos muito diferentes e teremos um ponto indefinido diante de nossos olhos. Para evitar que isso aconteça, juntamente com o laser de excitação, o objeto é tratado com um feixe de extinção, que suprime todas as ondas, exceto aquelas que possuem comprimento nanométrico. A radiação com comprimento de onda da ordem de nanômetros apenas permite distinguir uma molécula da outra.

O método foi chamado de STED (depleção de emissões estimuladas), e foi por isso que Stefan Hell recebeu sua parte do Prêmio Nobel. Com a microscopia STED, o objeto não é completamente coberto pela excitação do laser de uma só vez, mas é, por assim dizer, desenhado por dois finos feixes de raios (excitador e supressor), pois quanto menor a área que fluoresce em um determinado momento, maior a resolução da imagem.

O método STED foi posteriormente complementado pela chamada microscopia de molécula única, desenvolvida independentemente no final do século XNUMX por outros dois laureados atuais, Eric Betzig do Howard Hughes Institute e William E. Moerner de Stanford. Na maioria dos métodos físico-químicos que dependem da fluorescência, observamos a radiação total de muitas moléculas ao mesmo tempo. William Merner acaba de propor um método pelo qual se pode observar a radiação de uma única molécula. Ao experimentar a proteína verde fluorescente (GFP), ele notou que o brilho de suas moléculas pode ser ligado e desligado arbitrariamente pela manipulação do comprimento de onda de excitação. Ao ligar e desligar a fluorescência de diferentes moléculas de GFP, elas puderam ser observadas em um microscópio de luz, ignorando a limitação do nanômetro de Abbe. A imagem inteira poderia ser obtida simplesmente combinando várias imagens com diferentes moléculas luminosas no campo de visão. Esses dados foram complementados pelas ideias de Eric Betzig, que propôs aumentar a resolução da microscopia de fluorescência usando proteínas com diferentes propriedades ópticas (ou seja, grosso modo, multicoloridas).

A combinação do método de extinção de excitação de Hell com o método de imposição de soma de Betzig-Merner tornou possível desenvolver microscopia de resolução nanométrica. Com sua ajuda, podemos observar não apenas organelas e seus fragmentos, mas também as interações das moléculas entre si (se as moléculas estiverem marcadas com proteínas fluorescentes), o que, repetimos, nem sempre é possível com métodos de microscopia eletrônica. O valor do método dificilmente pode ser superestimado, porque os contatos intermoleculares são a base da biologia molecular e sem os quais é impossível, por exemplo, nem a criação de novas drogas, nem a decodificação de mecanismos genéticos, nem muitas outras coisas que estão em no campo da ciência e tecnologia modernas.

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Os pesquisadores observaram que, desde 2010, o governo chinês vem financiando pesquisas sobre um motor que supostamente pode ser usado para quebrar a lei inviolável de conservação de frequências de impulso.

Os cientistas construíram várias variações do dispositivo para testá-lo em gravidade zero. Os resultados de experimentos que levaram em conta a influência de vários tipos de fatores foram capazes de confirmar que o EmDrive realmente cria um pequeno coeficiente de empuxo.

O EmDrive foi capaz de desenvolver um impulso igual a 1,2 millinewtons. O motor é um dispositivo que é projetado a partir de um magnetron e pode gerar micro-ondas armazenando energia vibracional.

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