Actualmente, la espectroscopia Raman dispersiva es el método de referencia para identificar muestras en una variedad de campos, como ciencias de materiales, productos farmacéuticos, monitoreo ambiental y biomedicina. Sin embargo, los espectrómetros necesarios para capturar y detectar la luz dispersa son voluminosos, lo que limita su uso fuera del laboratorio. Además, la mayoría de los espectrómetros Raman portátiles se han desarrollado únicamente para análisis químicos.

En un estudio publicado en el Journal of Biomedical Optics , investigadores del Instituto Avanzado de Ciencia y Tecnología de Corea (República de Corea) y el Instituto de Tecnología de Massachusetts (MIT; Estados Unidos) han desarrollado un sistema compacto de espectroscopía Raman de fuente barrida (SS-Raman).

El concepto de SS-Raman se propuso en una patente anterior, pero su implementación no se realizó hasta hace poco debido a la falta de filtros de paso de banda estrechos. Este sistema es comparable a la espectroscopía Raman dispersiva convencional en su capacidad para identificar materiales tanto químicos como biológicos. El sistema portátil aborda las limitaciones de los espectrómetros portátiles actuales y abre puertas para la identificación de muestras en biomedicina.

Los sistemas de espectroscopía Raman convencionales utilizan una fuente de luz de longitud de onda fija, como un láser, para excitar la muestra e inducir la dispersión Raman. Por el contrario, la espectroscopia SS-Raman utiliza un láser de fuente de barrido, que emite luz en un rango continuo de longitudes de onda.

La luz de excitación se enfoca sobre la muestra después de filtrarla a través de un filtro de paso corto que elimina el ruido de fondo. La luz dispersada es recogida por una lente y filtrada por un filtro de paso de banda, que aísla sólo el rango de longitud de onda deseado con desplazamiento Raman. Luego, la luz filtrada es detectada por un fotorreceptor de silicio altamente sensible, que convierte la señal óptica en una señal eléctrica para el análisis de la muestra.

"La configuración SS-Raman propuesta utiliza un láser de fuente de barrido de longitud de onda (822 a 842 nm), un filtro de paso de banda de ancho de banda estrecho y un fotorreceptor puntual altamente sensible para adquirir espectros Raman. Estos componentes contribuyen al desarrollo de dispositivos compactos y rentables. eficaces sistemas de espectroscopía Raman", señala el Dr. Jeon Woong Kang del MIT, uno de los autores correspondientes del estudio.

Para evaluar la eficacia del sistema, los investigadores compararon los espectros Raman del nuevo sistema con los obtenidos mediante espectroscopía Raman dispersiva tradicional para diversas muestras químicas y biológicas. Se consideró una amplia gama de productos químicos, como fenilalanina, hidroxiapatita, glucosa y paracetamol, como muestras químicas para obtener espectros Raman en el rango de 900 a 1200 cm ^-1 . .

Para obtener la muestra biológica, escanearon secciones transversales de rodajas de panza de cerdo. Los espectros Raman obtenidos del sistema de espectroscopía SS-Raman propuesto se parecían mucho a los obtenidos de la espectroscopia Raman dispersiva tradicional con coeficientes de correlación que oscilaban entre 0,73 y 0,91, lo que indica su viabilidad para identificar ambos tipos de muestras.

En particular, en los sistemas de espectroscopía Raman, un gasto significativo proviene de la necesidad de filtros y fuentes de luz de alta calidad. El sistema SS enfrentó desafíos similares:el ruido de fondo y los espectros Raman mostraban picos amplios debido al filtro de paso de banda.

Para mantener los costos bajos, los investigadores aplicaron un método de procesamiento de señales al sistema. Se utilizaron filtros gaussianos para eliminar el ruido de ondulación introducido por la salida láser inestable. Se empleó un método de deconvolución para agudizar los picos en los espectros Raman y mejorar su resolución. Además, se utilizó la eliminación de fondo polinómica para eliminar el ruido de fondo que surge de la baja densidad óptica de los filtros.

En general, el sistema propuesto sienta las bases para futuros desarrollos en la miniaturización de la espectroscopia Raman para análisis químicos y biológicos. Sin embargo, todavía hay margen de mejora, particularmente en la reducción del tiempo de adquisición de muestras, que actualmente demora más de 40 segundos. Para medir muestras biológicas en menos de un segundo, los investigadores están desarrollando un sistema SS-Raman multicanal equipado con múltiples detectores y filtros de paso de banda, que con suerte permitiría el análisis de una gama más amplia de moléculas en la misma cantidad de tiempo para aplicaciones más diversas. .