Microscopul cuantic: structurile uimitoare pe care le poate dezvălui

Cercetătorii din Germania și Australia au folosit cea mai nouă tehnică de microscopie. Aceștia au utilizat microscopul cuantic, fiind capabili să dezvăluie structuri impresionante la rezoluții inaccesibile anterior.

O echipă de cercetători din Germania și Australia a folosit recenta tehnică pentru a imagina structuri biologice la scară nano la o rezoluție anterior imposibil de gestionat, fără a distruge celula vie. Tehnica, care folosește lumină laser de multe milioane de ori mai strălucitoare decât Soarele, are implicații pentru tehnologiile biomedicale și de navigație.

Microscopul optic cuantic este un exemplu al modului în care principiul ciudat al amestecului cuantic poate apărea în aplicațiile din lumea reală. Două particule sunt amestecate atunci când proprietățile lor sunt interdependente, prin măsurarea uneia dintre ele, se pot cunoaște și proprietățile celeilalte.

Senzorul din microscopul echipei, descris într-o lucrare publicată în Science, se bazează pe lumina cuantică, perechi de fotoni amestecați, pentru a vedea structuri mai bine rezolvate fără a le deteriora.

Calitatea aerului din Capitală s-a înrăutățit considerabil. Principala sursă de poluare

Cum arăta în tinerețe Angelina Jolie. Imagini de colecție cu celebra actriță

„Întrebarea cheie la care răspundem este dacă lumina cuantică poate permite performanța la microscop care depășește limitele a ceea ce este posibil, folosind tehnici convenționale”, a declarat Warwick Bowen, fizician cuantic la Universitatea Queensland din Australia.

Echipa lui Bowen a descoperit că, de fapt, poate: „Demonstrăm asta pentru prima dată, arătând că aceste corelații cuantice pot permite performanțe, contrast îmbunătățit / claritate.  dincolo de limită datorită fotodamajului la microscopele obișnuite.” Prin fotodamaj, Bowen se referă la modul în care un bombardament cu laser al fotonilor poate degrada sau distruge ținta unui microscop, similar cu modul în care furnicile vor deveni crocante sub o lupă.

Microscopul cuantic a fost folosit pe o celulă de drojdie

Microscoapele au permis oamenilor să înțeleagă biologia la un nivel mai profund încă din secolul al XVI-lea, iar microscoapele avansate de astăzi sunt mult mai mult decât câteva lentile aliniate. Inovații, cum ar fi microscopurile de scanare cu tunel, de exemplu, pot vedea atomi individuali.

În noua lucrare, cercetătorii au utilizat o lumină puternică cu laser pe o celulă de drojdie pentru a dezvălui complexitatea substructurilor sale. Au reușit să obțină rezoluția mai mare dorită datorită fotonilor amestecați, deoarece „detectarea unui foton vă oferă informații despre când va sosi următorul foton”, a explicat Bowen.

„Acest experiment este un exemplu minunat despre modul în care tehnicile cuantice sunt acum exploatate spre o mai bună înțelegere a proceselor biologice. Obstacolele tehnice … vor trebui depășite înainte ca tehnologia să devină comercială, dar acest experiment este o dovadă de principiu că tehnicile cuantice dezvoltate cu zeci de ani în urmă pot și vor fi folosite cu mare avantaj în științele vieții”, a declarat Clarice Aiello, inginer cuantic specializat în biofizică la scară nano la UCLA, care nu este afiliat cu lucrarea recentă.

În timp ce alte microscoape care funcționează cu o lumină atât de intensă sfârșesc prin a găuri în ceea ce încearcă să studieze, astfel că metoda echipei nu a făcut-o. Cercetătorii au amprentat chimic o celulă de drojdie folosind împrăștierea Raman, care observă modul în care unii fotoni se împrăștie pe o anumită moleculă pentru a înțelege semnătura vibrațională a moleculei respective.

Microscoapele Raman sunt adesea folosite pentru acest tip de amprentă digitală, dar întregul proces a distrus subiectul de cercetat. În acest caz, echipa a putut vedea concentrațiile de lipide ale celulei utilizând perechi de fotoni corelați pentru a obține o vedere excelentă asupra celulei fără a crește intensitatea razei laser a microscopului.