Diseño y aplicación de microscopías avanzadas para el estudio de problemas de mecanotransducción celular y nanoplasmónica - Caldarola, Martín (2015)
El estudio de problemas que requieren resolución espacial y especificidad química, en condiciones físico-químicas o biológicas altamente controladas, demanda el desarrollo de herramientas específicas, novedosas, versátiles y de plataforma abierta que permitan la libre elección y control de los parámetros relevantes al problema en cuestión. En esta Tesis se han encarado problemas en campos diversos como son la biofísica y la nanofotónica, pero que utilizan una misma plataforma de microscopía avanzada, adaptada especialmente para cada aplicación.En el campo de la biofísica, se estudió la dinámica de formación y remodelado de adhesiones focales (FA). Las FAs son complejos multiproteicos que sirven a la célula como puntos de anclaje en la matriz extracelular. Su proceso de formación consta de distintas etapas y escalas temporales que dependen sustancialmente de las fuerzas aplicadas a la célula. Para poder estudiar y entender este complejo proceso, altamente dinámico, es necesario realizar mediciones precisas de las fuerzas involucradas y poder correlacionarlas con la respuesta bioquímica de la célula. Se presenta una técnica que permite obtener información cuantitativa de la respuesta de células vivas a estímulos mecánicos locales y con especificidad molecular, basada en la combinación de un microscopio de fuerza atómica (AFM), con un microscopio óptico de fluorescencia. Con esta técnica se estudiaron proteínas citosólicas presentes en las adhesiones focales, tales como vinculina, FAK y zixina. Se observó la formación de una adhesión focal naciente en el caso de la vinculina, se cuantificó el tiempo de reclutamiento para la FAK y se estudió la distribución espacial de la zixina en adhesiones focales maduras. Estos resultados muestran la utilidad de este desarrollo para el estudio de procesos biofísicos complejos involucrados en la mecano transducción celular. En el campo de la nanofotónica y en particular de la nanoplasmónica, las llamadas nanoantenas metálicas han sido ampliamente utilizadas en los últimos años para intensificar y confinar la luz en volúmenes muy pequeños. Sus diversas aplicaciones van desde el sensado molecular hasta las microscopías de alta resolución. La intensificación local del campo electromagnético se debe a la excitación resonante de los llamados plasmones superficiales en los metales nanoestructurados. Sin embargo, uno de los problemas fundamentales de este esquema consiste en la altísima generación de calor en la nanoesacala, producida por la excitación resonante. La plataforma multifunción desarrollada en esta Tesis admite ser utilizada en la configuración de microscopio confocal de doble haz, que permite el control independiente de la generación de calor en la nanoantena, producido por uno de esos haces. La mencionada configuración fue utilizada en dos problemas de nanoplasmónica relacionados: A) el desarrollo y prueba de principios de un nuevo esquema de sensado molecular, que utiliza como mecanismo de sensado el calentamiento plasmónico de nanocilindros de oro y la consecuente dependencia de la intensidad de fluorescencia con la temperatura. B) El desarrollo de un método de mapeo térmico de alta resolución basado en la disminuciónde la intensidad de fluorescencia de un film polimérico dopado con moléculas fluorescentes y depositado sobre la muestra a estudiar. Con este método se estudió y comparó el desempeño de nanoantenas plasmónicas metálicas y semiconductoras, arrojando como resultado que las semiconductoras alcanzan menores temperaturas que las metálicas. Esto demuestra que las nanoantenas semiconductoras podrían utilizarse en esquemas de sensado ultrasensible, como ser SERS, sin afectar la muestra por calentamiento. Finalmente, se construyó y caracterizó una fuente de luz solitónica sintonizable por potencia,basada en una fibra óptica de cristal fotónico (PCF), que sirve como fuente de luz alternativa para el microscopio confocal. Se mostró que el ancho de pulso de los solitones se mantiene constante para todo el rango de sintonizabilidad (860-1200 nm) en un valor de 45 fs. También se muestra la robustez de esta fuente de luz ante variaciones del chirp del pulso de entrada. Las particulares características de esta fuente de luz, principalmente su amplia y rápida sintonizabilidad, abre diversas alternativas para el estudio de propiedades físico-químicas de materiales, así como propiedades bioquímicas en sistemas biológicos.