Cientistas da Universidade Técnica de Berlim desenvolveram uma técnica capaz
de captar imagens tão rapidamente que se torna possível filmar processos
biológicos ocorrendo em nível molecular.
Filme molecular
Para entender melhor como nosso sistema imunológico nos defende contra um
vírus, ou os processos que ocorrem durante a fotossíntese, os cientistas
precisam rastrear as reações e as interações em nível molecular.
Mas esses processos não são apenas minúsculos - eles são extremamente rápidos
e, por isso, muito difíceis de serem acompanhados.
A equipe coordenada pelo Dr. Stefan Eisebitt agora desenvolveu uma técnica
capaz de fazer um "filme molecular", que mostra como uma molécula se comporta em
um momento crítico de uma reação química.
Embora ainda não seja uma supercâmera pronta para uso, a técnica poderá se
transformar em uma ferramenta fundamental para as pesquisas não apenas nas
ciências da vida, mas também no desenvolvimento de novas fontes de energia, na
química em geral e nas nanociências.
Imagens sobrepostas
Os processos em nível molecular ocorrem em tempos na faixa dos femtossegundos
- 1 femtossegundo equivale a 1 milionésimo de 1 bilionésimo de segundo - veja
Batido recorde mundial do menor tempo já medido.
O que os cientistas fizeram foi desenvolver um método para capturar imagens
em sequência com um intervalo de meros 50 femtossegundos.
Embora já fosse possível capturar uma única imagem com um tempo de exposição
na faixa dos femtossegundos, usando um pulso ultra-curto de luz, nunca havia
sido possível capturar uma sequência de imagens em sucessão tão rápida.
Isso porque o sensor que captura a imagem não tem o tempo necessário para
repassar a informação da primeira imagem e dar um refresh a tempo de capturar a
próxima.
E não se trata de esperar por sensores melhores: qualquer tentativa para dar
um refresh, ou mesmo de trocar os sensores, levaria tempo demais, mesmo que isso
pudesse ser feito à velocidade da luz.
Holograma duplo
Os pesquisadores alemães abordaram o problema usando um poderoso laser de
raios X e descobriram uma forma elegante de desembaralhar a informação
superposta no detector pelas imagens capturadas em sequência.
Eles codificaram as duas imagens que se superpõem em um único holograma de
raios X.
Embora elegante, a técnica não é simples, e são necessárias várias etapas
para obter a sequência final das imagens.
Primeiro, os cientistas dividem o feixe de laser de raios X em dois feixes
separados. Usando múltiplos espelhos, eles forçam um feixe a fazer um pequeno
desvio, o que faz com que os dois pulsos alcancem o objeto em momentos
ligeiramente diferentes - mais especificamente, um feixe chega 0,00000000000005
segundo depois do outro.
Graças a um arranjo geométrico específico da amostra, os pulsos geram um
"holograma duplo". Este holograma codifica a estrutura do objeto nas duas vezes
em que os pulsos de raios-X o atingem.
Usando um procedimento de reconstrução matemática, os pesquisadores podem
simplesmente associar as imagens com os respectivos pulsos de raios X e, assim,
determinar a sequência das imagens na ordem temporal correta.
Tempo real
O comprimento de onda dos raios-X utilizados, extremamente curto, permite
revelar detalhes muito pequenos das amostras visualizadas, uma vez que, quanto
menor o comprimento de onda de luz que você usa, menor serão os objetos que você
poderá discernir.
"O objetivo de longo prazo é ser capaz de acompanhar os movimentos de
moléculas e nanoestruturas em tempo real," diz o Dr. Eisebitt.
Inovação Tecnológica
