Microscópio óptico agora permite ver diretamente mundo da nanotecnologia

Redação do Site Inovação Tecnológica - 24/06/2020

A técnica permite ver estruturas até agora só vistas com etiquetação ou através de microscópios eletrônicos.
[Imagem: Lynford Goddard/Grainger Engineering]

Inovação na microscopia

Não é todo dia que se ouve falar sobre avanços dos microscópios ópticos, aqueles tradicionais, que permitem que você veja diretamente o objeto, em contraposição aos microscópios eletrônicos, nos quais as imagens são reconstruídas por computador.

Afinal, os livros texto nos dizem que não podemos enxergar objetos cuja resolução supere o limite de Abbe - em 1873, Ernst Abbe estipulou um limite físico para a resolução máxima da microscopia óptica tradicional: ela nunca poderia superar 0,2 micrômetro, ou 200 nanômetros, o que significaria que o mundo da nanotecnologia estaria sempre fora do alcance dos nossos olhos.

Um trio de pesquisadores da Universidade de Illinois, nos EUA, acaba de desafiar esse conhecimento - e demonstraram isso na prática.

"Nosso trabalho é significativo não apenas porque promove o entendimento científico da imagem óptica, mas também porque permite que os pesquisadores visualizem diretamente objetos não marcados que possuem profundas separações de comprimento de onda. Podemos ver estruturas em nanoescala sem executar nenhum pós-processamento de imagem," disse o professor Lynford Goddard.

Ilustração mostrando a estrutura usada para a detecção em nanoescala visualizável, criando artificialmente uma "vala" eletromagnética. As curvas azul e vermelha denotam a força do campo elétrico do fundo e do objeto em nanoescala, respectivamente.
[Imagem: Jinlong Zhu et al. - 10.1038/s41467-020-16610-0]

Vencendo a barreira da difração

O trabalho começou no nível teórico, conforme a equipe precisou criar um modelo de como a luz se propaga nos sistemas em nanoescala. E uma das configurações trouxe um resultado inusitado, mostrando que seria possível visualizar objetos muito menores do que se acreditava ser possível no comprimento de onda da luz visível.

A equipe então partiu para construir um sistema óptico capaz de replicar todas as configurações do modelo. E deu certo.

"Usar um microscópio óptico padrão para visualizar objetos nanométricos é extremamente desafiador, não apenas por causa da barreira de difração, mas também pelo sinal fraco. Nosso experimento teve que utilizar dois conceitos físicos novos e interessantes, a excitação anti-simétrica e a amplificação sem ressonância, para aumentar a razão sinal-ruído dos objetos em nanoescala," explicou o pesquisador Jinlong Zhu.

A técnica permitiu observar diretamente objetos em nanoescala e com um campo de visão surpreendente grande - 726 x 582 micrômetros.

"Tivemos muita sorte de que alguns dos nanofios da nossa amostra de teste apresentassem imperfeições na fabricação. Isso nos permitiu demonstrar a visualização de defeitos abaixo de 20 nanômetros em um chip semicondutor. No futuro, também poderemos aplicar nosso método para a detecção visual de objetos biológicos (por exemplo, vírus ou aglomerados de moléculas) escolhendo nanofios com geometria otimizada, índice de refração adequado e grupos funcionais padronizados em torno dos nanofios. Quando os analitos alvo forem capturados, eles funcionam como objetos que podem ser visualizados diretamente das imagens ópticas," finalizou Zhu.

Bibliografia:

Artigo: Visualizable detection of nanoscale objects using anti-symmetric excitation and non-resonance amplification
Autores: Jinlong Zhu, Aditi Udupa, Lynford L. Goddard
Revista: Nature Communications
Vol.: 11, Article number: 2754
DOI: 10.1038/s41467-020-16610-0

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