"Cariño, he encogido el detector"
Los investigadores han desarrollado el detector de ultrasonido más pequeño del mundo
Los investigadores del Helmholtz Zentrum München y de la Universidad Técnica de Munich (TUM) han desarrollado el detector de ultrasonidos más pequeño del mundo. Está basado en circuitos fotónicos miniaturizados sobre un chip de silicio. Con un tamaño 100 veces más pequeño que un cabello humano promedio, el nuevo detector puede visualizar características que son mucho más pequeñas que las posibles anteriormente, lo que lleva a lo que se conoce como imágenes de súper resolución.
Chip de silicio (aprox. 3 mm x 6 mm) con múltiples detectores. Los finos grabados negros en la superficie del chip son los circuitos fotónicos que interconectan los detectores (no visibles a simple vista). En el fondo un circuito fotónico a mayor escala en una oblea de silicio.
© Helmholtz Zentrum München
Investigadores del Helmholtz Zentrum München y de la Universidad Técnica de Munich (TUM) han desarrollado el detector de ultrasonidos más pequeño del mundo. Está basado en circuitos fotónicos miniaturizados sobre un chip de silicio. Con un tamaño 100 veces más pequeño que un cabello humano promedio, el nuevo detector puede visualizar características que son mucho más pequeñas que las posibles anteriormente, lo que lleva a lo que se conoce como imágenes de súper resolución.
Desde el desarrollo de las imágenes médicas por ultrasonido en la década de 1950, la tecnología básica de detección de las ondas de ultrasonido se ha centrado principalmente en el uso de detectores piezoeléctricos, que convierten la presión de las ondas de ultrasonido en voltaje eléctrico. La resolución de la imagen lograda con los ultrasonidos depende del tamaño del detector piezoeléctrico empleado. La reducción de este tamaño conduce a una mayor resolución y puede ofrecer conjuntos de ultrasonidos unidimensionales o bidimensionales más pequeños y densos, con una mayor capacidad para discriminar las características del tejido o material fotografiado. Sin embargo, si se reduce aún más el tamaño de los detectores piezoeléctricos, su sensibilidad se ve drásticamente afectada, lo que hace que no se puedan utilizar en la práctica.
El uso de la tecnología de chips de ordenador para crear un detector óptico de ultrasonidos
La tecnología fotónica del silicio se utiliza ampliamente para miniaturizar los componentes ópticos y empaquetarlos densamente en la pequeña superficie de un chip de silicio. Aunque el silicio no presenta ninguna piezoelectricidad, su capacidad de confinar la luz en dimensiones menores que la longitud de onda óptica ya ha sido ampliamente explotada para el desarrollo de circuitos fotónicos miniaturizados.
Los investigadores del Helmholtz Zentrum München y de la TUM aprovecharon las ventajas de esos circuitos fotónicos miniaturizados y construyeron el detector de ultrasonidos más pequeño del mundo: el detector de guía de ondas de silicio y metal, o SWED. En lugar de registrar el voltaje de los cristales piezoeléctricos, el SWED monitoriza los cambios en la intensidad de la luz que se propaga a través de los circuitos fotónicos miniaturizados.
"Esta es la primera vez que un detector más pequeño que el tamaño de un glóbulo sanguíneo se utiliza para detectar ultrasonidos utilizando la tecnología fotónica del silicio", dice Rami Shnaiderman, desarrollador de SWED. "Si un detector piezoeléctrico se miniaturizara a la escala de SWED, sería 100 millones de veces menos sensible".
Imágenes de súper resolución
"El grado en que fuimos capaces de miniaturizar el nuevo detector, manteniendo al mismo tiempo una alta sensibilidad debido al uso de fotónicos de silicio, fue impresionante", dice el Prof. Vasilis Ntziachristos, jefe del equipo de investigación. El tamaño del SWED es de aproximadamente medio micrón (=0,0005 milímetros). Este tamaño corresponde a un área que es al menos 10.000 veces más pequeña que los detectores piezoeléctricos más pequeños empleados en las aplicaciones de imágenes clínicas. El SWED es también hasta 200 veces más pequeño que la longitud de onda de los ultrasonidos empleados, lo que significa que puede ser utilizado para visualizar características que son menores de un micrómetro, lo que conduce a lo que se llama imágenes de super-resolución.
Barato y poderoso
Como la tecnología aprovecha la robustez y la facilidad de fabricación de la plataforma de silicio, se puede producir un gran número de detectores a una pequeña fracción del costo de los detectores piezoeléctricos, lo que hace factible la producción en masa. Esto es importante para desarrollar una serie de aplicaciones de detección diferentes basadas en las ondas de ultrasonido. "Seguiremos optimizando todos los parámetros de esta tecnología - la sensibilidad, la integración de SWED en grandes conjuntos, y su implementación en dispositivos de mano y endoscopios", añade Shnaiderman.
Desarrollo y aplicaciones futuras
"El detector fue desarrollado originalmente para impulsar el rendimiento de la imagen optoacústica, que es un foco importante de nuestra investigación en Helmholtz Zentrum München y TUM. Sin embargo, ahora prevemos aplicaciones en un campo más amplio de la detección y la imagen", dice Ntziachristos.
Si bien los investigadores apuntan principalmente a aplicaciones en el diagnóstico clínico y la investigación biomédica básica, las aplicaciones industriales también pueden beneficiarse de la nueva tecnología. El aumento de la resolución de las imágenes puede conducir al estudio de detalles ultrafinos en los tejidos y materiales. Una primera línea de investigación consiste en la obtención de imágenes optoacústicas (fotoacústicas) de superresolución de las células y la microvasculatura de los tejidos, pero la SWED también podría utilizarse para estudiar las propiedades fundamentales de las ondas ultrasónicas y sus interacciones con la materia a una escala que antes no era posible.
Colaboración y patentes
El Instituto de Imágenes Biológicas y Médicas del Centro Helmholtz de Munich, la Cátedra de Imágenes Biológicas de la Universidad Tecnológica de Munich y TranslaTUM, el Instituto Central para la Investigación Translacional del Cáncer del hospital universitario de la Universidad Tecnológica de Munich, Klinikum Rechts der Isar, han contribuido igualmente a esta nueva tecnología que se publicó en la revista Nature. La protección de los aspectos intelectuales de esta tecnología está en curso.
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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