Un recubrimiento de "metamaterial hiperbólico": la posible solución para lograr una resolución altísima en un microscopio óptico tradicional

Una de las primeras cosas que aprendemos en las prácticas de laboratorio del instituto son las ventajas y desventajas de un microscopio óptico: los aumentos son "infinitos", pero el cuello de botella es el poder de resolución. por suerte, con el avance de los microscopios y los diferentes tipos esto ha cambiado mucho en los últimos años y últimamente estamos viendo aún más avances en el aumento de resolución.

Hace poco veíamos cómo el uso de algoritmos puede dar resoluciones de récord, incluso diferenciando átomos. Y ahora, en una línea similar de investigación, han dado con un recubrimiento que permite aumentar la resolución sin necesidad de cambiar toda la lente del microscopio.

No requiere modificar el microscopio y se puede observar una muestra viva

Aunque en este caso también se recurre finalmente a algoritmos como hizo el equipo de la Universidad de Cornwell, la clave de este trabajo publicado en Nature es algo relativamente parecido a lo que vimos en el caso de la lente que enfocaba por sí sola. No por la función, sino porque se trata de un recubrimiento especial que actúa a modo de lente de alta resolución.

Según el criterio de Rayleigh, un microscopio óptico tradicional se ve limitado tanto por las propiedades de las lentes como por la difracción de la luz, por lo que tal cual existe una limitación de 200 nanómetros. Es decir, si dos objetos están separados uno del otro por menos de 200 nanómetros, los veremos juntos.

Ante esta limitación de la resolución aparecieron los microscopios electrónicos, con la ventaja de que los electrones no son fotones y permiten obtener imágenes con resoluciones por debajo del nanómetro, llegando a mostrar con bastante claridad incluso los componentes del "esqueleto" de las células. Eso sí, la muestra ha de estar en vacío (es decir, inerte) y son microscopios más caros que muchos de los ópticos ya relativamente avanzados.

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En este punto es donde intervenía el sistema de algoritmos + inteligencia artificial de Cornwell y ahí va también el de este equipo de ingenieros de la Universidad de San Diego (California). Lo que han creado es, según describen, un metamaterial hiperbólico que permite manipular la luz reduce la dispersión de la luz visible, dando algo así como un patrón de manchas de luz, por así decirlo.

Representación artística de la tecnología de alta resolución basada en el recubrimiento de metamaterial hiperbólico. Las células animales (área roja) se montan bajo este recubrimiento y se crean varias imágenes que luego se procesan para obtener una sola de alta resolución. Imagen:Universidad de San Diego (California)

Este "manchurrón lumínico" ilumina la muestra desde distintos ángulos, de modo que se captura una serie de imágenes de baja resolución. Cada una de estas imágenes resalta una parte, de modo que se usa un algoritmo para combinarlas y obtener la imagen final de alta resolución.

A la izquierda (a, c, d) imágenes sin eliminar la difracción, a la izquierda (b, e, f) imágenes obtenidas con el recubrimiento. Imagen:Universidad de San Diego (California) en Nature

La resolución obtenida en este caso no es tanta como la que comentábamos del sistema desarrollado por los investigadores de Cornwell, pero según explican en este caso permitiría incrementar la resolución de un microscópico óptico tradicional hasta 40 nanómetros, que ya es mucho. Sobre todo porque con ello se podrían observar muestras vivas, con lo cual podría ser posible no sólo visualizar mejor ciertas estructuras, sino también procesos que se realizan a escala molecular (una fagocitosis, una división celular, etc.).

Por tanto, es una solución quizás más viable que la de la resolución que permitía ver átomos dado que en este caso no exige tantos recursos técnicos. Veremos si acaba siendo una solución potencial para incrementar el rendimiento de los muchos microscopios ópticos que se usan diariamente en tantos laboratorios e instituciones.

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Fuente: Xataka
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