Imagem funcional em escala nanométrica de interfaces biológicas

Resumo

A maioria dos processos biológicos dependem ou resultam em um gradiente de espécies carregadas ou eletroativas. A extensão desse gradiente é mantida firmemente pelos organismos vivos por meio de processos metabólicos (homeostase). Investigar, monitorar e até mesmo perturbar temporariamente esses equilíbrios pode fornecer informações sobre os processos metabólicos associados e, portanto, esses gradientes de concentração podem ser vistos como marcadores da atividade metabólica. Ferramentas eletroquímicas são comumente empregadas para investigar estes gradientes em grande população. Essas implantações carecem da resolução temporal (transporte de massa lento) e espacial (grande tamanho físico) necessária para monitorar os processos localizados e dinâmicos que acontecem nos organismos vivos. Além disso, elas são cegas para as heterogeneidades populacionais e não podem distinguir as diferenças sutis entre os indivíduos em uma amostra ou as heterogeneidades distribuídas ao longo de um único indivíduo. As técnicas de microscopia eletroquímica de varredura superam essas deficiências e podem ser usadas para investigar entidades singulares (nano-partículas, células, organismos) com resoluções de nanômetros e microssegundos, embora apenas para um baixo volume de amostras. Este projeto irá desenvolver novas técnicas de microscopia eletroquímica de varredura, contando com software e hardware modernos, capazes de entregar medições de alta resolução espacial e temporal, e capazes te alto volume de amostras, e implantá-las para investigar a dinâmica complexa do metabolismo dos organismos vivos. Essas técnicas serão casadas com microscopias óptica (software e hardware), aumentando a densidade de informações adquiridas do sistema e ajudando a comunicar de maneira efetivamente com a área biológica. Essas técnicas serão usadas para investigar o metabolismo celular no nível de um único organismo (e organela), empregando desafios para o organismo e monitorando sua resposta com resolução incomparável. O desafio eletroquímico e o sinal adquirido serão calibrados usando modelos de método de elemento finitos, permitindo um controle preciso do desafio e nos permitindo investigar propriedades e processos complexos dos organismos. (AU)