La microscopía es una herramienta esencial en múltiples campos e industrias de investigación, como la biología, medicamento, ciencia de los Materiales, y control de calidad, para nombrar unos pocos. Aunque existen muchas técnicas de microscopía, Cada uno tiene pros y contras, principalmente en términos de resolución espacial, velocidad (imágenes por segundo), y aplicabilidad. Por ejemplo, La microscopía electrónica de barrido puede capturar imágenes con resolución nanométrica, pero ofrece menor velocidad y no es práctico para ciertas muestras. Otras técnicas de microscopía basadas en luz más simples, como microscopía de fluorescencia, no son adecuados para visualizar células vivas u otras estructuras pequeñas porque generalmente son transparentes y delgadas, lo que da como resultado una baja absorción de luz.

Los científicos han desarrollado una técnica llamada microscopía de apertura sintética (SAM), que hace uso de una propiedad intrínseca de la luz, llamado fase. Esta propiedad se refiere al retardo relativo entre dos ondas electromagnéticas. Cuando las ondas de luz atraviesan una muestra objetivo, sus fases relativas cambian de manera diferente según las propiedades ópticas en cada punto de la muestra y el ángulo de incidencia de la luz. En SAM, Se pueden tomar imágenes de múltiples fases en rápida sucesión con diferentes ángulos de incidencia. Estas imágenes luego se procesan y combinan para formar una imagen más nítida.

Aunque SAM es sin duda un enfoque prometedor, las implementaciones actuales carecen tanto de resolución espacial como de velocidad de fotogramas para ser útiles para aplicaciones emergentes. Para abordar estos problemas, un equipo de investigadores dirigido por Renjie Zhou de la Universidad China de Hong Kong desarrolló recientemente un nuevo método SAM. En su estudio, publicado en Fotónica avanzada , el equipo presenta una configuración innovadora para imágenes SAM basada en dispositivos de microespejos digitales (DMD).

Los DMD son componentes electrónicos ampliamente utilizados en proyectores digitales comerciales. Disponen de una matriz de microespejos cuya orientación se puede controlar individual y electrónicamente a altas velocidades. Usando dos DMD y lentes apropiados, los investigadores idearon un esquema en el que el ángulo de un rayo láser que llega a la muestra se puede cambiar miles de veces por segundo. Una vez que la luz ha atravesado la muestra, se combina con una parte del láser original para producir un patrón de luz conocido como interferograma, que lleva la información de la fase. Para crear la imagen de la fase final, Se combinan múltiples interferogramas para diferentes ángulos de incidencia utilizando algoritmos especialmente diseñados.

Los investigadores probaron su nuevo método utilizando varios tipos de muestras, como rejillas nanométricas, las células rojas de la sangre, y células cancerosas. Los resultados fueron muy prometedores en todos los ámbitos, como comenta Zhou, "Con nuestro enfoque basado en DMD, pudimos obtener imágenes con precisión de estructuras de materiales con características tan pequeñas como 132 nm, cuantificar las fluctuaciones de milisegundos en las membranas de los glóbulos rojos, y observar cambios dinámicos en la estructura celular en respuesta a la exposición a sustancias químicas ". Esta técnica también está libre de etiquetas, lo que significa que se pueden observar células vivas sin dañarlas con productos químicos fluorescentes.

Otra ventaja notable de este nuevo método es la cancelación del moteado láser, un tipo de interferencia no deseada que se produce al iluminar una muestra con un láser. El uso de múltiples interferogramas para calcular una imagen elimina las contribuciones aleatorias del moteado en cada interferograma, haciendo que la imagen compuesta final sea más nítida. Es más, se puede aumentar la frecuencia de imagen según sea necesario utilizando un número menor de interferogramas, siempre que se alcance la calidad de imagen deseada.

Zhou cree que su método SAM podría cambiar las reglas del juego en varios campos donde la microscopía es esencial, "Prevemos que nuestra técnica de imágenes de alta velocidad encontrará aplicaciones en la investigación de biología y materiales, como estudiar los movimientos e interacciones de las células vivas y monitorear los procesos de fabricación de materiales en tiempo real para fines de control de calidad ". También señala que hay margen de mejora en términos de velocidad mediante el uso de cámaras aún más rápidas, y que los principios subyacentes de su enfoque podrían adaptarse con diferentes algoritmos para construir un sistema de imágenes en 3-D.