¿Un laboratorio en un chip? Desarrollo de un minúsculo microscopio óptico de superresolución

Un equipo de expertos financiado con fondos europeos está desarrollando una alternativa a la microscopía óptica convencional

Imagine reducir un microscopio, integrarlo en un chip y usarlo para observar al instante las células vivas desde dentro. ¿No sería maravilloso si este diminuto microscopio también pudiese incorporarse a dispositivos electrónicos, igual que ya lo están las cámaras de los teléfonos inteligentes? ¿Y si los médicos lograsen usar esta herramienta para diagnosticar en zonas remotas sin necesitar dispositivos analíticos sensibles, grandes y pesados? El proyecto ChipScope, financiado con fondos europeos, ha logrado importantes avances hacia estos objetivos. 

Los investigadores que trabajan en el proyecto ChipScope, financiado con fondos europeos, ahora desarrollan una nueva estrategia para mejorar la microscopía óptica. Una noticia publicada en el sitio web del proyecto afirma: «En la microscopía óptica clásica, la zona de la muestra bajo análisis se ilumina de forma simultánea, recogiendo con un detector selectivo de área la luz dispersada desde cada punto; por ejemplo, el ojo humano o el sensor de la cámara. En su lugar, la idea de ChipScope es usar una fuente de luz estructurada con elementos minúsculos dirigibles de manera individual».

La misma noticia destaca que «el espécimen se ubica encima y próximo a esta fuente de luz. Al activar los emisores individuales, la propagación lumínica depende de la estructura espacial de la muestra, lo que es muy parecido a lo que se conoce en el mundo macroscópico como una imagen sombra». La imagen se crea cuando «el detector detecta la cantidad general de luz transmitida a través de la zona de la muestra al activar un elemento lumínico a la vez hasta escanear la muestra íntegra. Si los elementos lumínicos tienen tamaños a escala nanométrica y la muestra está en contacto cercano con ellos, el campo cercano óptico es relevante y puede ser posible la imaginología de superresolución con una configuración de chip».

Tecnologías innovadoras

El proyecto ChipScope reúne varias áreas de conocimiento para completar su enfoque alternativo a la superresolución óptica. «La fuente lumínica estructurada se logra usando diodos emisores de luz (los LED) minúsculos, desarrollados por la Universidad Tecnológica de Brunswick (Alemania)», añade la noticia. Señala que en la actualidad «no hay disponibles en el mercado placas LED estructuradas con píxeles que puedan modificarse individualmente hasta por debajo del micrómetro (μm). La Universidad Tecnológica de Brunswick es responsable de esta tarea dentro del marco del proyecto ChipScope». 

El concepto también implica otro componente: «fotodiodos de avalancha de fotón único (SPAD, por sus siglas en inglés), que pueden detectar intensidades lumínicas muy bajas, de hasta un único fotón». La noticia señala: «Ya se han realizado pruebas iniciales con esos detectores integrados en un prototipo del microscopio ChipScope, con resultados prometedores». A lo que se añade: «Además, para el funcionamiento correcto del microscopio, es vital tener una manera de traer especímenes en proximidad de la fuente de luz estructurada. Una tecnología establecida para hacerlo usa canales microfluídicos, donde se estructura un sistema fino de canales en una matriz polimérica. Con unas bombas de alta precisión, se impulsa un líquido microvolumen a través del sistema que mueve el espécimen a la posición deseada. El Instituto Austriaco de Tecnología (AIT, por sus siglas en inglés) contribuye a esta parte del ensamblaje del microscopio».

El proyecto ChipScope (Overcoming the Limits of Diffraction with Super-Resolution Lighting on a Chip) concluirá en diciembre de 2020. Los socios del proyecto ya han desarrollado un prototipo del microscopio propuesto y esperan presentar una versión más potente y de mayor resolución antes de que finalice el proyecto.

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