Tecnologia Científica

Cientistas desenvolvem ferramenta de calibração microscópica com nanodiamantes fluorescentes
O desenvolvimento de um fantoma de nanodiamante fluorescente estável promete aplicabilidade de amplo alcance para pesquisa de microscopia e controle de qualidade .
Por Evan Anderson - 05/11/2021


Imagem microscópica de nanodiamantes fluorescentes, uma ferramenta de calibração desenvolvida por pesquisadores da Universidade de Illinois Urbana-Champaign em colaboração com o parceiro da indústria GlaxoSmithKline. A longevidade e durabilidade dos nanodiamantes os tornam um "kit de primeiros socorros" microscópico que resiste ao teste do tempo. Crédito: Instituto Beckman de Ciência e Tecnologia Avançada
Joalheiros, geólogos e microscopistas concordam: os diamantes são para sempre.

Pesquisadores da Universidade de Illinois Urbana-Champaign estão usando nanodiamantes microscópicos para calibrar e avaliar o desempenho de microscópios de alta potência. Sua longevidade e durabilidade tornam os minúsculos "kits de primeiros socorros" mais do que adequados para a tarefa.

Os sistemas avançados de microscopia óptica fornecem visualizações de alta resolução da estrutura e função das células e compostos moleculares. O desenvolvimento de um fantoma de nanodiamante fluorescente estável promete aplicabilidade de amplo alcance para pesquisa de microscopia e controle de qualidade .

"Há potencial para que isso se torne uma ferramenta de calibração padrão em microscopia de fluorescência em todo o mundo. Esta amostra é tão conveniente e tão fácil de usar, que esperançosamente terá um grande impacto", disse Mantas Žurauskas, um pesquisador de imagens cientista do GlaxoSmithKline Center for Optical Molecular Imaging do Beckman Institute for Advanced Science and Technology, que liderou a pesquisa.

O artigo da equipe, "Nanodiamonds fluorescentes para caracterização de sistemas de microscopia não linear", foi publicado na Photonics Research.

Nanodiamantes fluorescentes são partículas microscópicas com pequenas quantidades de outros elementos químicos presos dentro como impurezas. A pesquisa de Žurauskas estabelece sua eficácia na produção de imagens microscópicas estáveis.

"[Eles] são únicos na maneira como não branqueiam", disse Žurauskas. "Cada vez que você olha para eles, eles parecem iguais. Isso é muito raro na microscopia de fluorescência."

A criação de amostras de calibração confiáveis, chamadas phantoms, é um desafio em imagens de microscopia biomédica.

"Há mudanças cada vez que você olha para uma estrutura fluorescente. Como fantasmas, eu usei contas fluorescentes com muita frequência, são como pequenas contas cheias de corante fluorescente. Cada vez que você olha para elas, elas ficam um pouco mais fracas. É realmente essa fluorescência decadência, que é um grande inimigo da microscopia de fluorescência ", disse Žurauskas.

A estabilidade de uma amostra de calibração é fundamental para avaliar a qualidade do dia a dia do sistema óptico.

"É uma espécie de kit de primeiros socorros para um microscópio", disse Žurauskas. "Idealmente, queremos pegar o mesmo objeto todas as vezes e ver a mesma imagem."
 
A estabilidade e longevidade dos nanodiamantes permite sua reutilização contínua como uma ferramenta de calibração, eliminando a preparação intensiva de mão de obra normalmente submetida aos pesquisadores.

O ambiente de pesquisa colaborativa da Beckman foi fundamental para a engenharia desse fantasma de imagem robusto e fácil de usar.

"[Professor e codiretor do GSK Center] Stephen Boppart criou um ambiente único e uma gama única de conhecimentos para que as pessoas possam se encontrar nos corredores, falar sobre os desafios que enfrentam diariamente e encontrar essas soluções únicas que são apenas possível neste tipo de ambiente ", disse Žurauskas.

Boppart também enfatizou a natureza interdisciplinar única desta pesquisa.

"Temos um grande laboratório interdisciplinar que faz desenvolvimento e aplicação ponta a ponta, então desenvolvemos fontes de laser, desenvolvemos microscópios e usamos esses microscópios para fazer pesquisas biológicas e médicas, até mesmo estudos clínicos em humanos. Esses nanodiamantes e fantasmas são apenas um exemplo em que também desenvolvemos novas ferramentas para acompanhar o desenvolvimento dos sistemas de microscopia que fazemos.

"Este elemento interdisciplinar e altamente colaborativo foi extremamente importante para que esta pesquisa acontecesse", disse Boppart.

Como os fantasmas são projetados?

Žurauskas explica: "Os nanodiamantes são distribuídos aleatoriamente e são muito esparsos, de modo que você pode olhar para as partículas individuais ou, na extremidade oposta do espectro, pode ver as distribuições densas dessas partículas. Um segundo plano contém uma grade do visor , que é efetivamente uma grade usinada a laser com nanodiamantes incorporados. Isso ajuda a encontrar a mesma área todas as vezes. "

Parceiros da indústria estão avaliando o fantasma de imagem para uso mais amplo.

“Atualmente temos duas empresas avaliando o fantasma. Uma empresa é a LiveBx, uma pequena subsidiária da universidade. Essa empresa em particular está interessada em como esses fantasmas podem ser usados ​​para melhorar seu sistema”, disse Žurauskas.

O parceiro da indústria GlaxoSmithKline também está trabalhando para avaliar o novo modelo para aplicações de controle de qualidade em seus próprios laboratórios de pesquisa biomédica.

A tecnologia representa um importante avanço científico para calibrar sistemas de microscopia e as imagens que eles geram, e aponta para pesquisas futuras na criação de fantasmas mais avançados e estáveis.

 

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