En un gran paso hacia el desarrollo de escáneres portátiles que pueden medir rápidamente moléculas en productos farmacéuticos o clasificar tejidos en la piel de los pacientes, Los investigadores han creado un sistema de imágenes que utiliza láseres lo suficientemente pequeños y eficientes como para caber en un microchip.

El sistema emite y detecta radiación electromagnética en frecuencias de terahercios, más altas que las ondas de radio pero más bajas que la luz infrarroja de onda larga utilizada para la obtención de imágenes térmicas. La obtención de imágenes con radiación de terahercios ha sido durante mucho tiempo un objetivo para los ingenieros, pero la dificultad de crear sistemas prácticos que funcionen en este rango de frecuencia ha obstaculizado la mayoría de las aplicaciones y ha dado lugar a lo que los ingenieros denominan "brecha de terahercios".

"Aquí, tenemos una tecnología revolucionaria que no tiene partes móviles y utiliza la emisión directa de radiación de terahercios de chips semiconductores, "dijo Gerard Wysocki, profesor asociado de ingeniería eléctrica en la Universidad de Princeton y uno de los líderes del equipo de investigación.

La radiación de terahercios puede penetrar sustancias como telas y plásticos, no es ionizante y, por lo tanto, seguro para uso médico, y se puede utilizar para ver materiales difíciles de captar en otras frecuencias. El nuevo sistema descrito en un artículo publicado en la edición de junio de la revista Optica , puede sondear rápidamente la identidad y la disposición de las moléculas o exponer daños estructurales a los materiales.

El dispositivo utiliza haces de radiación estables a frecuencias precisas. La configuración se llama peine de frecuencia porque contiene varios "dientes", cada uno de los cuales emite un frecuencia de radiación bien definida. La radiación interactúa con las moléculas del material de muestra. Una estructura de doble peine permite que el instrumento mida de manera eficiente la radiación reflejada. Patrones únicos, o firmas espectrales, en la radiación reflejada permiten a los investigadores identificar la composición molecular de la muestra.

Si bien las tecnologías de imágenes de terahercios actuales son costosas de producir y engorrosas de operar, el nuevo sistema se basa en un diseño de semiconductor que cuesta menos y puede generar muchas imágenes por segundo. Esta velocidad podría hacerla útil para el control de calidad en tiempo real de tabletas farmacéuticas en una línea de producción y otros usos acelerados.

"Imagina que cada 100 microsegundos pasa una tableta, y puede verificar si tiene una estructura consistente y hay suficientes de todos los ingredientes que espera, "dijo Wysocki.

Como prueba de concepto, los investigadores crearon una tableta con tres zonas que contienen ingredientes inertes comunes en los productos farmacéuticos:formas de glucosa, lactosa e histidina. El sistema de imágenes de terahercios identificó cada ingrediente y reveló los límites entre ellos, así como algunos puntos donde una sustancia química se había derramado en una zona diferente. Este tipo de "punto caliente" representa un problema frecuente en la producción farmacéutica que ocurre cuando el ingrediente activo no se mezcla adecuadamente en una tableta.

El equipo también demostró la resolución del sistema usándolo para obtener imágenes de un cuarto de los EE. UU. Finos detalles como las plumas de las alas del águila, tan pequeño como un quinto de milímetro de ancho, eran claramente visibles.

Si bien la tecnología hace que el uso industrial y médico de las imágenes de terahercios sea más factible que antes, todavía requiere enfriamiento a baja temperatura, un gran obstáculo para las aplicaciones prácticas. Muchos investigadores ahora están trabajando en láseres que potencialmente funcionarán a temperatura ambiente. El equipo de Princeton dijo que su técnica de imagen hiperespectral de doble peine funcionará bien con estas nuevas fuentes láser a temperatura ambiente. que luego podría abrir muchos más usos.

Debido a que no es ionizante, La radiación de terahercios es segura para los pacientes y podría usarse como una herramienta de diagnóstico para el cáncer de piel. Además, La capacidad de la tecnología para obtener imágenes del metal podría aplicarse para probar las alas de los aviones en busca de daños después de ser golpeadas por un objeto en vuelo.

Además de Wysocki, Los autores del artículo en Princeton son el ex estudiante graduado visitante Lukasz Sterczewski (actualmente becario postdoctoral en el Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA) y el investigador asociado Jonas Westberg. Otros coautores son Yang Yang, David Burghoff y Qing Hu del Instituto de Tecnología de Massachusetts; y John Reno de Sandia National Laboratories. El apoyo para la investigación fue proporcionado en parte por la Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada de Defensa y el Departamento de Energía de EE. UU.