La radiación a frecuencias de terahercios (longitudes de onda entre 0,03 y 0,3 mm) se puede utilizar con éxito para analizar la dinámica estructural del agua y las biomoléculas. Pero aplicar la técnica a soluciones acuosas y tejidos sigue siendo un desafío, dado que la radiación de terahercios (THz) es fuertemente absorbida por el agua. Si bien esta absorción permite ciertos análisis, como la estructura del agua y sus interacciones con solutos biológicos, limita el grosor de las muestras que se pueden analizar, y ahoga las señales más débiles de las biomoléculas de interés. La fuerte absorción de la radiación de THz en el agua ha presentado un cuello de botella que impide que la radiación de THz revele procesos biofísicos y bioquímicos en las profundidades de los tejidos.

Para superar estas limitaciones, un equipo de investigación dirigido por Zhen Tian y Jiao Li en la Universidad de Tianjin desarrolló recientemente un método para analizar muestras ricas en agua a través de optoacústica THz en el dominio del tiempo. Como se informó en Fotónica avanzada , el novedoso sistema permite la detección optoacústica THz en el dominio del tiempo de muestras ricas en agua, como soluciones acuosas y tejidos. La señal optoacústica del agua se puede amortiguar alterando la temperatura para permitir la detección sensible de otras moléculas de interés.

Detección y humectación de agua basada en optoacústica THz

La optoacústica THz en el dominio del tiempo demostrada es un gran avance que permite la detección precisa y no destructiva de señales optoacústicas en muestras ricas en agua en un espesor de 104 veces. que van desde micrones a centímetros (102 veces más grande que los métodos tradicionales de detección de THz, como la espectroscopia de dominio de tiempo de THz). El equipo obtuvo con éxito las señales optoacústicas de THz en el dominio del tiempo del agua en diferentes muestras de maniquíes de agar en agua, bio-tejidos, y soluciones acuosas con diferentes solutos.

Ajustando la temperatura para alterar la señal optoacústica THz del agua, mejoraron la sensibilidad con la que se puede analizar. En cambio, la señal del agua se puede reducir o incluso silenciar.

Las ventajas biomédicas son claras. Según los autores, "Al manipular las señales optoacústicas de THz de un fondo acuoso, podemos lograr una sensibilidad mejorada de forma única para la cuantificación de iones sin etiquetas, en concentraciones que alcanzan los niveles en el cuerpo humano ”. El método informado alcanza una sensibilidad de un orden de magnitud mayor que los sistemas de espectroscopía de THz disponibles comercialmente.

Potente herramienta para espectroscopia

Los autores señalan que este nuevo método optoacústico de THz puede extenderse al estudio de otras moléculas y tejidos biológicos, como azúcares, proteínas, ADN y ARN. Los parámetros optoacústicos de THz en el dominio del tiempo pueden proporcionar parámetros adicionales de temperatura y concentración relacionados con la absorción de THz y la propagación ultrasónica. contribuyendo potencialmente a estudios de propiedades biológicas y químicas, como el número de hidratación de las soluciones iónicas.

Una nueva y poderosa herramienta para espectroscopia, La optoacústica THz abre posibilidades para obtener imágenes de soluciones acuosas y tejidos para investigar interacciones moleculares y procesos bioquímicos. Zhen Tian dice:"Nuestro objetivo es inspirar la investigación a largo plazo en espectroscopia e imágenes de THz para aprovechar la biofísica, estructural, y conocimientos funcionales que no se pueden obtener utilizando radiación de otras frecuencias ".

Lea el artículo de investigación de acceso abierto de Jiao Li et al, "Optoacústica de terahercios en el dominio del tiempo:detección y humedecimiento de agua manipulables".