Nanotecnologia

Hiperlente de cristal permite ver células em detalhes sem precedentes

Redação do Site Inovação Tecnológica -  21/12/2017

O segredo para a hiperlente, que permite observar as células vivas em seu ambiente natural, está em um cristal ultrapuro de boro. [Imagem: Keith Wood/Vanderbilt University]

Hiperlente

Imagine uma lente óptica que permita visualizar características do tamanho de um pequeno vírus na superfície de uma célula viva - e com a célula realmente viva e em seu ambiente natural.

Instrumentos com essa capacidade agora são possíveis graças a um avanço fundamental na qualidade de um material óptico usado em hiperlentes - lentes que permitem visualizar objetos muito menores do que o comprimento de onda da luz.

Já existem muitos instrumentos capazes de produzir imagens com resolução em nanoescala, como os microscópios eletrônicos e de força atômica. O problema é que eles são incompatíveis com organismos vivos: funcionam sob alto vácuo, ou expõem as amostras a elevados níveis de radiação, ou exigem técnicas letais de preparação das amostras ou removem as amostras do seu ambiente natural em solução.

Para construir as hiperlentes capazes de superar essas deficiências, são necessários materiais com propriedades ópticas muito especiais, capazes de sustentar e controlar os polaritons, quasipartículas híbridas constituídas por fótons de luz acoplados com átomos eletricamente carregados e que vibram na superfície de um cristal. Os polaritons são gerados quando a luz incide sobre o material, permitindo manipular comprimentos de onda muito mais curtos do que a luz incidente.

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Cristal isotopicamente puro

O material óptico utilizado por Alexander Giles e seus colegas da Universidade Vanderbilt, nos EUA, é o nitreto de boro hexagonal (hBN), um cristal natural com propriedades hiperlensivas.

A melhor resolução anteriormente conseguida usando o hBN envolveu a visualização de um objeto cerca de 36 vezes menor do que o comprimento de onda infravermelho usado: aproximadamente o tamanho das menores bactérias. Giles obteve melhorias na qualidade do cristal que aumentaram essa capacidade potencial de imagem por um fator de dez.

Isto foi possível sintetizando cristais de hBN usando boro isotopicamente purificado. O boro natural possui dois isótopos que diferem em peso em cerca de 10%, uma combinação que degrada significativamente as propriedades ópticas do cristal. A equipe conseguiu obter boro com uma concentração de 99% de apenas um dos isótopos.

Os cálculos indicam que o cristal purificado pode capturar imagens de objetos de 30 nanômetros. Para colocar isso em perspectiva, um glóbulo vermelho humano tem cerca de 9.000 nanômetros e os vírus variam de 20 a 400 nanômetros.

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Bibliografia:

Ultralow-loss polaritons in isotopically pure boron nitride
Alexander J. Giles, Siyuan Dai, Igor Vurgaftman, Timothy Hoffman, Song Liu, Lucas Lindsay, Chase T. Ellis, Nathanael Assefa, Ioannis Chatzakis, Thomas L. Reinecke, Joseph G. Tischler, Michael M. Fogler, J. H. Edgar, D. N. Basov, Joshua D. Caldwell
Nature Materials
DOI: 10.1038/nmat5047