Con un dispositivo de giro ligero inspirado en el arte japonés del corte de papel, Investigadores de la Universidad de Michigan han detectado torsiones microscópicas en la estructura interna del tejido vegetal y animal sin rayos X dañinos.

El enfoque es el primero que puede rotar completamente la radiación de terahercios en tiempo real, y podría abrir nuevas dimensiones en las imágenes médicas, comunicaciones cifradas y cosmología. Los investigadores están más interesados ​​en utilizar rayos de terahercios para identificar tejidos biológicos a través de los giros en sus estructuras:su "quiralidad". La quiralidad de un tejido afecta la cantidad que absorbe la radiación torcida.

La radiación de terahercios es la banda de ondas electromagnéticas que va desde la radiación infrarroja hasta el rango de los "escáneres milimétricos" que miran a través de su ropa en los aeropuertos. Puede viajar alrededor de un cuarto de pulgada dentro del cuerpo, pero a diferencia de los rayos X, no es ionizante, lo que significa que no libera cargas eléctricas potencialmente dañinas en el cuerpo.

"Nuestros cuerpos tienen muchas estructuras retorcidas que están lo suficientemente cerca de la superficie para que los fotones de terahercios penetren:vasos, ligamentos, fibras musculares, moléculas e incluso algunas bacterias helicoidales, "dijo Nicholas Kotov, Joseph B. y Florence V. Cejka Profesor de Ingeniería y autor correspondiente del estudio en Materiales de la naturaleza .

Él cree que puede ser posible obtener información médicamente relevante sobre los comportamientos de trabajo de estos tejidos utilizando imágenes de terahercios. Sin embargo, como con los rayos X, es difícil diferenciar los tejidos blandos en las exploraciones de terahercios.

Con miras a explorar cómo la quiralidad puede ayudar a distinguir los tejidos, El equipo reunió materiales biológicos cotidianos para buscar diferencias en la absorción de radiación que gira en sentido horario o antihorario en el espectro de terahercios. Estudiaron una hoja de arce, una flor de diente de león, grasa de cerdo y el ala de un escarabajo iridiscente. Si bien la hoja y la grasa no mostraron diferencias en la absorción de radiación en sentido horario o antihorario, la flor y la caja de las alas absorbían preferentemente la una sobre la otra, revelando giros microscópicos en sus estructuras.

Esta tecnica, llamada espectroscopia de dicroísmo circular, era impráctico en el rango de terahercios hasta ahora. Otras partes del espectro electromagnético, como la luz visible, se puede torcer con cristales naturales, pero el poder de torsión estaba limitado para la radiación de terahercios o de lo contrario no podría hacerse en tiempo real.

El nuevo dispositivo es engañosamente simple, básicamente una cinta de plástico, impreso con un patrón de espiga de oro y cortado con filas escalonadas de pequeños cortes. Las incisiones están influenciadas por el arte japonés del kirigami, que utiliza arreglos de cortes para crear estructuras tridimensionales a partir de papel.

Cuando la cinta se estira, los cortes se abren y las rodajas de cinta se retuercen. Las líneas doradas luego guían la radiación, torciéndolo a su vez. En radiación, la torsión se llama "polarización circular, "que es el mismo fenómeno óptico que se utiliza en las pantallas de cristal líquido (LCD).

"Todos podríamos tener la experiencia de jugar con la elaboración de papel cuando éramos jóvenes, pero no había reglas de diseño para dispositivos ópticos quirales tridimensionales construidos usando solo plegado y corte. Entonces, Empezamos desde cero y probamos muchos modelos a través de simulaciones y experimentos, "dijo Wonjin Choi, un doctorado estudiante de ciencia e ingeniería de materiales y coautor del estudio.

El equipo propone que el mismo diseño también se podría escalar para otros tipos de radiación, con patrones más grandes que interactúan con microondas u ondas de radio, o reducir el patrón para manipular la luz infrarroja.

Debido a que la luz giratoria de terahercios no se estudió ampliamente, Uno de los desafíos del equipo fue averiguar cómo ver si el dispositivo kirigami funcionaba en absoluto.

"Las formas convencionales de medir la radiación de terahercios se limitan a la cantidad de energía que se pierde a medida que viaja a través de una muestra, que no es suficiente para nuestro caso, "dijo Gong Cheng, un doctorado estudiante de física en la U-M y co-primer autor.

Apilando polarizadores lineales, rotados uno con respecto al otro, en el camino del rayo, podrían hacer mediciones para revelar la polarización circular.

Además de obtener imágenes de tejidos vivos, La espectroscopia de dicroísmo circular de terahercios también podría ayudar al desarrollo de nuevos medicamentos basados ​​en grandes moléculas biológicas como proteínas y anticuerpos.

Choi anticipa que una de las primeras aplicaciones podría ser cifrar y descifrar comunicaciones en el espectro de terahercios. Y si estos dispositivos kirigami se volaran en satélites para medir la torsión en el espectro de terahercios de la radiación de fondo del universo, podría decirnos más sobre las primeras estrellas.