Os cientistas que contornam as leis da física para tirar fotografias

"É infantil, mas ainda me dá um grande prazer ver fotografias de alta resolução que toda a gente dizia serem impossíveis," disse Stefan Hell à Nature, em 2009. Agora encarregue do Instituto Max Planck para a Química Biofísica, Hell ainda se lembra bem da década que passou a lutar para ter o seu trabalho reconhecido. Há mais de um século que os macroscopistas tomavam como garantido que não era possível ver imagens detalhadas a partir de um determinado tamanho. Mas o cientista alemão não queria quebrar as leis da física - queria apenas contorná-las.

A microscopia STED, desenvolvida por Hell, permite ver pormenores tão pequenos como "as moléculas a criar sinapses entre células cerebrais no cérebro," realçou terça-feira a Real Academia Sueca das Ciências no comunicado que acompanhou a atribuição do Nobel. Usando estas técnicas, os cientistas podem mesmo "seguir as proteínas que estão envolvidas nas doenças de Parkinson, Alzheimer e Huntington à medida que elas se agregam; podem acompanhar as proteínas individuais nos ovos fertilizados enquanto eles se tornam em embriões."

Como ver e fotografar o que é mais pequeno do que a luz

O problema tinha sido lançado pelo pioneiro da óptica Ernst Abbe, já em 1873. Tal como os olhos humanos, os microscópios usam a luz para revelar aquilo que deixam ver. Quando um raio de luz atinge uma molécula tingida com químicos de fluorescência, libertam-se fotões, que são depois captados pelo microscópio para formar uma imagem. Tornou-se claro para Abbe, e as experiências comprovaram-no repetidamente, que não era possível ver nada que fosse mais pequeno do que o comprimento de onda do raio de luz.

Como a luz tem um comprimento de onda de mais ou menos 200 nanómetros, os pormenores mais pequenos surgiam apenas como manchas desse tamanho. As moléculas, por exemplo, medem mais ou menos 3 nanómetros.

Stefan Hell, que pegou no problema nos anos 90, não queria tentar focar mais o raio de luz. "Claro que eu sabia que não era possível," contou à Nature. "Mas isso não significa que não seja possível criar imagens muito mais focadas." O seu método inovador seria o primeiro a tirar imagens mais pequenas do que 200 nanómetros.

Quando se usa tinta fluorescente para marcar uma amostra de moléculas, a fluorescência é ativada por um feixe de luz, fazendo-as "brilhar", e pode também ser desativa por um outro feixe. Um microscópio óptico normal não distingue pontos de fluorescência mais pequenos que 200 nanómetros, devido à limitação do comprimento de onda da luz.

Mas o microscópio que Hell inventou, que começou a funcionar no ano 2000, tinha dois feixes de luz, um dentro do outro. O feixe de luz que ativava a fluorescência da amostra ficava dentro de um feixe que a desativava, "abraçado" num feixe desativador que funcionava como um tubo. Assim, a área em que a fluorescência era ativada era muito mais pequena. Como apenas uma pequena área - bem inferior a 200 nanómetros - está a emitir fotões, enquanto o resto da amostra permanece escura, é possível ver esses pormenores minúsculos através do microscópio.

Betzig e Moerner, os outros premiados com o Nobel pela nanomacroscopia, que permite ver os pormenores ínfimos da biologia e da química, desenvolveram um segundo método, diferente do de Hell, chamado single-molecule microscopy, ou microscopia de molécula única. Betzig conseguiu pela primeira vez formar uma imagem por esse método em 2006.