Haciendo visible lo invisible
Una visión muy detallada de las muestras de tejido
Los fotones enredados pueden ser usados para mejorar las técnicas de imagen y medición. Un equipo de investigadores del Instituto Fraunhofer de Óptica Aplicada e Ingeniería de Precisión IOF en Jena ha desarrollado una solución de imágenes cuánticas que puede facilitar una visión muy detallada de las muestras de tejido utilizando rangos espectrales extremos y menos luz.
Configuración de imágenes cuánticas para el examen microscópico de células cancerosas.
© Fraunhofer IOF
Si bien las técnicas de análisis óptico, como la microscopía y la espectroscopía, son extremadamente eficientes en los rangos de longitudes de onda visibles, alcanzan rápidamente sus límites en el rango de infrarrojos o terahercios. Sin embargo, es precisamente ahí donde se esconde la información valiosa. Por ejemplo, las sustancias biológicas como las proteínas, los lípidos y otros componentes bioquímicos pueden distinguirse sobre la base de sus vibraciones moleculares características. Esas vibraciones son estimuladas por la luz en la gama del infrarrojo medio al terahercio y son muy difíciles de detectar con las técnicas de medición convencionales. "Si estos movimientos pudieran ser capturados o inducidos, sería posible ver exactamente cómo se distribuyen ciertas proteínas, lípidos y otras sustancias en las muestras celulares. Por ejemplo, algunos tipos de cáncer tienen una concentración o expresión característica de ciertas proteínas. Esto significaría que la enfermedad podría ser detectada y tratada más eficientemente. Un conocimiento más preciso de la distribución de las sustancias biológicas también podría aportar grandes avances en la investigación de medicamentos", dice el investigador cuántico Dr. Markus Gräfe del Fraunhofer IOF.
Fotones enredados - gemelos pero diferentes
¿Pero cómo puede hacerse visible la información de estos rangos de longitudes de onda extremas? El efecto mecánico cuántico del entrelazamiento de fotones está ayudando a los investigadores, permitiéndoles aprovechar los rayos gemelos de luz con diferentes longitudes de onda. En una configuración interferométrica, un rayo láser se envía a través de un cristal no lineal en el que genera dos rayos de luz enmarañados. Estos dos rayos pueden tener longitudes de onda muy diferentes dependiendo de las propiedades del cristal, pero siguen conectados entre sí debido a su enredo.
"Así que ahora, mientras que un rayo de fotones en el rango infrarrojo invisible es enviado al objeto para su iluminación e interacción, su rayo gemelo en el espectro visible es capturado por una cámara. Como las partículas de luz enmarañadas llevan la misma información, se genera una imagen aunque la luz que llega a la cámara nunca interactuó con el objeto real", explica Gräfe. El gemelo visible esencialmente proporciona una visión de lo que está sucediendo con el gemelo invisible.
El mismo principio también puede ser usado en el rango espectral ultravioleta: La luz ultravioleta daña fácilmente las células, por lo que las muestras vivas son extremadamente sensibles a esa luz. Esto limita significativamente el tiempo disponible para investigar, por ejemplo, los procesos celulares que duran varias horas o más. Como durante la obtención de imágenes cuánticas penetran menos luz y dosis más pequeñas de radiación en las células de los tejidos, éstas pueden observarse y analizarse con alta resolución durante períodos más largos sin destruirlas.
Pequeños ensamblajes y estructuras diminutas
"Estamos en condiciones de demostrar que todo el complejo proceso puede llevarse a cabo de una manera robusta, compacta y portátil", dice Gräfe. Los investigadores están trabajando actualmente para hacer el sistema aún más compacto, reduciéndolo al tamaño de una caja de zapatos, y para mejorar aún más su resolución. El siguiente paso que esperan lograr es, por ejemplo, un microscopio de escaneo cuántico. En lugar de capturar la imagen con una cámara de campo amplio, se escaneará, de forma similar a un microscopio de escaneo láser. Los investigadores esperan que esto produzca resoluciones aún más altas de menos de un micrómetro (1 µm), permitiendo el examen de las estructuras dentro de las células individuales con aún más detalle. En promedio, una célula mide aproximadamente diez micrómetros de tamaño. A largo plazo, quieren ver la imagen cuántica integrada en los sistemas de microscopía existentes como una tecnología básica, reduciendo así las barreras para los usuarios de la industria.
El demostrador es uno de los resultados del proyecto del faro Fraunhofer QUILT, que reúne la experiencia en óptica cuántica de los Institutos Fraunhofer de Óptica Aplicada e Ingeniería de Precisión IOF, de Técnicas de Medición Física IPM, de Circuitos y Sistemas Microelectrónicos IMS, de Matemáticas Industriales ITWM, de Optrónica, Tecnologías de Sistemas y Exposición de Imágenes IOSB y de Tecnología Láser ILT.
Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.
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