La microscopía es el caballo de batalla de la investigación en ciencias de la vida contemporánea, permitiendo la inspección morfológica y química del tejido vivo con una resolución espacial y temporal cada vez mayor. Aunque los microscopios modernos son auténticas maravillas de la ingeniería, las desviaciones mínimas de las condiciones ideales de obtención de imágenes seguirán produciendo aberraciones ópticas que degradarán rápidamente la calidad de la imagen. Un desajuste entre los índices de refracción de la muestra y su medio de inmersión, desviaciones en el grosor de los portamuestras o cubreobjetos, los efectos del envejecimiento en el instrumento; tales desviaciones pueden manifestarse en forma de aberraciones esféricas y errores de enfoque. También, particularmente para imágenes de tejidos profundos, una herramienta esencial en la investigación en neurobiología, un índice de refracción no homogéneo de la muestra y su compleja forma de superficie pueden dar lugar a aberraciones adicionales de orden superior.

Microscopía de óptica adaptativa

Óptica adaptativa (AO), una técnica de corrección de imagen utilizada por primera vez en telescopios astronómicos para compensar los efectos de la turbulencia atmosférica, es el método más avanzado para corregir dinámicamente las aberraciones inducidas por muestras y sistemas en un sistema de microscopía. Un sistema AO típico presenta un elemento óptico de cambio de forma que puede reproducir el inverso del error de frente de onda presente en el sistema. Tomando comúnmente la forma de un espejo deformable o un modulador de luz espacial de cristal líquido, las limitaciones de este elemento definen la calidad de la corrección de aberración alcanzable y, por lo tanto, la aplicabilidad generalizada de la microscopía AO.

Como se informó en Fotónica avanzada , investigadores de la Universidad de Friburgo, Alemania, han logrado un avance significativo en la microscopía AO mediante la demostración de un nuevo módulo AO que comprende dos placas de fase deformable (DPP). A diferencia de los espejos deformables, el sistema DPP es un modulador de frente de onda que opera en transmisión, permitiendo la integración directa de AO con microscopios existentes. En esta configuración de AO, similar a los altavoces de alta fidelidad con unidades de woofer y tweeter separadas, uno de los moduladores ópticos está optimizado para aberraciones de frecuencia espacial baja, mientras que el segundo se utiliza para la corrección de alta frecuencia.

Modulación en cascada

Un desafío importante para un sistema AO con moduladores de fase múltiple es cómo colocarlos en posiciones ópticamente equivalentes (conjugadas), a menudo se requieren múltiples componentes ópticos adicionales para transmitir la imagen hasta que llega al detector. Por lo tanto, configurar incluso dos moduladores en un sistema AO es muy complicado. Dado que los DPP son <1 mm de espesor, poner en cascada dos o más moduladores dentro de una proximidad aceptable se vuelve sustancialmente más práctico. El equipo de Freiburg también desarrolló un nuevo método para controlar de manera óptima moduladores de fase múltiple independientemente de sus especificaciones individuales. potencialmente permitiendo la conexión en cascada de muchos más dispositivos para aumentar el alcance y la fidelidad.

Para demostrar su desempeño, el equipo integró su nuevo sistema AO en un microscopio de fluorescencia personalizado, donde las aberraciones inducidas por la muestra se estiman iterativamente sin un sensor de frente de onda. Los experimentos de imágenes en muestras sintéticas demostraron que el nuevo sistema AO no solo duplica el rango de corrección de aberraciones, pero también mejora en gran medida la calidad de la corrección. El trabajo demuestra que los esquemas de corrección de aberraciones más avanzados, como la óptica adaptativa multi-conjugada, se puede implementar con la misma facilidad y con métodos de control nuevos y más avanzados.