En un paso importante hacia el desarrollo de escáneres portátiles que puedan 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 a frecuencias de terahercios, más altas que las ondas de radio pero más bajas que la luz infrarroja de onda larga utilizada para la imagen térmica. La obtención de imágenes con radiación de terahercios ha sido un objetivo para los ingenieros, pero la dificultad de crear prácticasLos sistemas que funcionan en este rango de frecuencia han bloqueado la mayoría de las aplicaciones y han dado como resultado lo que los ingenieros llaman la "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 delequipo de investigación.
La radiación de Terahercios puede penetrar sustancias como telas y plásticos, no es ionizante y, por lo tanto, es segura para uso médico, y puede usarse para ver materiales difíciles de visualizar en otras frecuencias. El nuevo sistema, descrito en un artículo publicado en junionúmero de la revista óptica , 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 múltiples "dientes" que emiten una frecuencia de radiación diferente y bien definida. La radiación interactúa con las moléculas en el material de la muestra.Una estructura de doble peine permite al instrumento medir eficientemente 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 actuales de generación de imágenes de terahercios son costosas de producir y engorrosas de operar, el nuevo sistema se basa en un diseño de semiconductores que cuesta menos y puede generar muchas imágenes por segundo. Esta velocidad podría ser útil para el control de calidad farmacéutico en tiempo realtabletas en una línea de producción y otros usos rápidos.
"Imagine que cada 100 microsegundos pasa una tableta, y puede verificar si tiene una estructura consistente y si hay suficiente de cada ingrediente que espera", dijo Wysocki.
Como prueba de concepto, los investigadores crearon una tableta con tres zonas que contienen ingredientes inertes comunes en 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 unpocos puntos donde un químico se ha 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 al usarlo para obtener imágenes de un cuarto de los Estados Unidos. Los detalles finos como las plumas del ala del águila, tan pequeñas como un quinto de un 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, aún requiere enfriamiento a baja temperatura, un obstáculo importante para aplicaciones prácticas. Muchos investigadores ahora están trabajando en láseres que potencialmente operarán a temperatura ambiente.El equipo de Princeton dijo que su técnica de imágenes hiperespectrales de doble peine funcionará bien con estas nuevas fuentes láser de temperatura ambiente, que podrían abrir muchos más usos.
Debido a que no es ionizante, la radiación de terahercios es segura para los pacientes y podría usarse potencialmente como una herramienta de diagnóstico para el cáncer de piel. Además, la capacidad de la tecnología para obtener imágenes de metal podría aplicarse para probar las alas del avión en busca de daños después de ser golpeada porun objeto en vuelo
Además de Wysocki, los autores del artículo de Princeton son el ex estudiante graduado visitante Lukasz Sterczewski actualmente un estudiante 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 deel 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 los EE. UU.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Princeton, Escuela de Ingeniería . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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