Método simplificado de calibración de pinzas ópticas
Medición de banda ancha de la viscoelasticidad con un tiempo de medición reducido
Las mediciones de las propiedades biomecánicas en el interior de las células vivas requieren métodos mínimamente invasivos. Las pinzas ópticas son una herramienta especialmente atractiva. Utilizan el impulso de la luz para atrapar y manipular partículas a micro o nanoescala. Un equipo de investigadores dirigido por la Prof. Dra. Cornelia Denz, de la Universidad de Münster, ha desarrollado ahora un método simplificado para realizar la calibración necesaria de las pinzas ópticas en el sistema investigado. También han participado científicos de la Universidad de Pavía (Italia). Los resultados del estudio se han publicado en la revista "Scientific Reports".
Una micropartícula sujetada con pinzas ópticas en el microscopio. Inserto: Ilustración de la partícula sujetada (ampliada); en rojo se muestra la luz del láser infrarrojo utilizado.
Pascal Runde
La calibración garantiza que las mediciones de diferentes muestras y con diferentes dispositivos sean comparables. Una de las técnicas más prometedoras para calibrar pinzas ópticas en un medio viscoelástico es la llamada calibración activo-pasivo. Se trata de determinar la deformabilidad de la muestra investigada y la fuerza de las pinzas ópticas. El equipo de investigación ha perfeccionado ahora este método para que el tiempo de medición se reduzca a unos pocos segundos. El método optimizado ofrece así la posibilidad de caracterizar los procesos dinámicos de las células vivas. Estos no pueden estudiarse con mediciones más largas porque las células se reorganizan durante la medición y cambian sus propiedades. Además, el acortamiento del tiempo de medición también ayuda a reducir el riesgo de daños en las muestras biológicas debido al calentamiento inducido por la luz.
En términos simplificados, el procedimiento subyacente para realizar la calibración funciona como sigue: Las partículas de tamaño micro o nanométrico se incrustan en una muestra viscoelástica sostenida en la platina de un microscopio. Los desplazamientos rápidos y precisos a escala nanométrica de la platina de la muestra hacen que la partícula atrapada ópticamente oscile. Midiendo la luz láser refractada, se pueden registrar los cambios en la posición de la muestra y, de este modo, sacar conclusiones sobre sus propiedades, como la rigidez. Esto suele hacerse de forma secuencial a diferentes frecuencias de oscilación. El equipo dirigido por Cornelia Denz y Randhir Kumar, estudiante de doctorado del grupo de investigación de Münster, ha realizado ahora la medición en varias frecuencias simultáneamente para un amplio rango de frecuencias. Este método multifrecuencia permite reducir el tiempo de medición. Los científicos utilizaron como muestras soluciones de metilcelulosa en agua a diferentes concentraciones. Estas tienen una viscoelasticidad similar a la de las células vivas.
Antecedentes: Las propiedades biomecánicas, como la rigidez, la viscosidad y la viscoelasticidad de las células y los tejidos vivos, desempeñan un papel crucial en muchas funciones celulares vitales, como la división celular, la migración celular, la diferenciación celular y el modelado de los tejidos. Estas propiedades de las células vivas también podrían servir como indicadores de la progresión de las enfermedades. Por ejemplo, la aparición y el desarrollo del cáncer suelen ir acompañados de cambios en la rigidez, la viscosidad y la viscoelasticidad de las células.
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