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Nueva tecnología de rayos X y en alta resolución no daña los tejidos biológicos
Una innovadora técnica que utiliza un nuevo tipo de lente de enfoque supera las limitaciones anteriores de las imágenes de rayos X.
Un equipo de científicos logró imágenes microscópicas de estructuras biológicas sin causar apenas daños a las muestras. Su nueva técnica, que utiliza rayos X de alta energía, genera imágenes alta resolución de material biológico seco que no ha sido de antemano congelado, recubierto o alterado de otra manera.
Este método, que también se utiliza para escanear equipajes en aeropuertos, puede generar imágenes del material con una resolución nanométrica. Los rayos X de alta energía se obtuvieron de la fuente de luz de sincrotrón PETRA III en las instalaciones del centro de investigación DESY, en Alemania. Los rayos se enfocan intensamente a través de un conjunto de lentes difractivos novedosos que permiten obtener imágenes a menos del 1 % del umbral de daño que los rayos X pueden causar a la muestra.
¿Cuál es su principio de funcionamiento?
La tecnología se basa en un principio denominado 'dispersión de Compton', donde los rayos X dejan solo una pequeña cantidad de su energía en el material objetivo y por lo tanto no producen daños a la materia. La dispersión de Compton se había ignorado en gran medida como un método viable de microscopía de rayos X, ya que requiere energías muy altas para las cuales, hasta ahora, no existían lentes de alta resolución adecuados.
"Usamos la dispersión de Compton y descubrimos que la cantidad de energía depositada en una muestra por número de fotones que puede detectar es menor que usando estos otros métodos [cristalografía y pticografía]", explicó Henry Chapman, científico líder en DESY.
Los desafíos y los resultados
Debido a que los rayos X de alta energía atraviesan todos los materiales y apenas se refractan o doblan, según sea necesario el enfoque, se necesitó desarrollar un nuevo tipo de lente refractivo. Estas nuevas ópticas comprenden capas alternas de carburo de silicio y carburo de tungsteno de alrededor de la 7,3 milésima parte de un milímetro de espesor. Así se construyó un elemento óptico holográfico, denominado lente Laue multicapa, que era lo suficientemente grueso como para enfocar eficientemente el haz de rayos X.
Para probar el método, el equipo tomó imágenes de microscopía de barrido de una variedad de materiales biológicos mediante la detección de datos de dispersión de Compton. A medida que la muestra pasaba a través del haz enfocado, se logró una resolución de 70 nanómetros en las imágenes. Se comprobó que esta técnica logró una resolución similar a las imágenes obtenidas con un método de microscopía electrónica convencional empleando una dosis de rayos X que es 2.000 veces menor.
"Cuando volvimos a examinar las muestras con un microscopio óptico después del experimento, no pudimos ver ningún rastro de dónde el haz había entrado en contacto con ellas", lo que significa que no quedó ningún daño por radiación, señaló Sasa Bajt, codirectora de la investigación.
"Estos resultados podrían incluso ser mejores", analiza Chapman. "Idealmente, un experimento como este usaría un detector esférico, porque los rayos X que salen de la muestra van en todas direcciones desde la muestra. De esa manera, es un poco como un experimento de colisión de física de partículas, donde necesitas recolectar datos en todas las direcciones", explicó.
Las perspectivas
Con una fuente más brillante, como el PETRA IV de próxima generación, el método podría usarse para obtener imágenes de células o tejidos completos no seccionados, complementar la microscopía crioelectrónica y la microscopía óptica de superresolución, o para rastrear nanopartículas dentro de una célula, como para observar directamente la administración de fármacos.
"Realmente, la única limitación de esta técnica no era la naturaleza de la técnica en sí, sino la fuente, es decir, su brillo", señaló Bajt. "Todavía no ha habido nada como esta técnica en la literatura […], por lo que hay mucho que explorar en el futuro", concluyó. Los resultados del estudio se publicaron este martes en Light: Science & Applications.
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