La cámara más rápida de la historia

Espectro de luz blanca en 2D
Image caption La técnica usa una gama ordenada de colores en rayos láser.

El sistema más rápido de captura de imágenes ideado hasta la fecha fue mostrado por un equipo de investigadores en Estados Unidos.

La cámara registra imágenes de una duración de menos de la mitad de una milmillonésima de segundo y puede captar más de seis millones de ellas en un segundo, de forma continua.

Funciona mediante el empleo de un pulso rápido de láser disperso en el espacio, estirado en el tiempo y detectado electrónicamente.

El sistema será muy útil, por ejemplo, para analizar muestras de sangre en circulación con el fin de tratar de descubrir células enfermas.

Además, la cámara trabaja con sólo un detector, en lugar de los millones que tienen las cámaras digitales actuales.

"Células enfermas"

Si bien otras cámaras usadas en la investigación científica pueden captar imágenes más efímeras, sólo pueden registrar unas ocho imágenes y deben ser accionadas para que lo hagan en un momento dado.

Image caption La nueva cámara sólo necesita un detector; las tradicionales, millones.

La cámara STEAM, por el contrario, puede captar imágenes de forma continua, por lo que es ideal para acontecimientos al azar.

Algunas de sus aplicaciones podrían utilizarse en la observación de la comunicación entre las células o la actividad de las neuronas.

Pero un ejemplo perfecto sería en el análisis de muestras de sangre en circulación.

Como la captura de imágenes de células individuales en un volumen de sangre es imposible con las cámaras actuales, se toma una pequeña muestra escogida al azar y se retratan manualmente esas pocas células mediante un microscopio.

"¿Pero qué pasa si uno tiene que detectar la presencia de células muy raras que, aunque sean poco numerosas, indiquen las etapas iniciales de una enfermedad?", se pregunta Keisuke Goda, uno de los autores del estudio.

Goda señala que las células en circulación de un tumor son un buen ejemplo de esto. Como precursoras de la metástasis, pueden ser sólo unas pocas entre miles de millones de células sanas.

"La probabilidad de que una de estas células esté en la pequeña muestra de sangre observada a través de un microscopio es virtualmente insignificante", dijo.

Pero con la cámara STEAM, las células en rápida circulación se pueden fotografiar individualmente.

Cómo funciona

Image caption La idea es detectar lo que hasta ahora era virtualmente indetectable.

La técnica, denominada Serial Time-Encoded Amplified imaging ("Captura de imágenes en serie codificadas en el tiempo y amplificadas"), o STEAM por sus siglas en inglés, depende de la manipulación cuidadosa de los llamados pulsos de láser "supercontinuos".

Estos pulsos, de menos de una millonésima de una millonésima de segundo de duración, contienen una gama muy amplia de colores.

Dos elementos ópticos propagan los pulsos de láser a una matriz bidimensional ordenada de colores.

Es este "arco iris bidimensional" el que ilumina las muestras individuales. Parte del arco iris es reflejado por la muestra -dependiendo de las áreas claras y oscuras del punto iluminado- y las reflexiones se desplazan, de regreso, a lo largo de su ruta inicial.

Como la propagación de los diversos colores del pulso es tan regular y ordenada, la gama de colores reflejados contiene información espacial detallada sobre la muestra.

Los "puntos brillantes reflejan su longitud de onda asignada pero los oscuros no", explicó el catedrático Bahram Jalali, de la Universidad de California en Los Ángeles, quien dirigió la investigación.

"Cuando el arco iris bidimensional se refleja en el objeto, la imagen se copia sobre el espectro de colores del pulso", añadió.

El pulso vuelve a pasar por el sistema óptico dispersivo y se convierte una vez más en un pinchazo de luz, con la imagen almacenada en una serie de colores distribuidos.

Sin embargo, ese espectro de colores se mezcla en un pulso de luz excepcionalmente corto que sería imposible de deshacer con los métodos electrónicos tradicionales.

El equipo entonces encamina el pulso hacia una fibra dispersiva, que consiste en un cable de fibra óptica con diferentes límites de velocidad para diversos colores de la luz.

Como resultado, la parte roja del espectro avanza por delante de la parte azul mientras que el pulso se desplaza por la fibra.

Eventualmente, la parte roja y la parte azul se separan en la fibra y llegan al final de ésta en momentos muy diferentes.

Todo lo queda por hacer es detectar la luz cuando sale de la fibra, con un fotodiodo estándar, y digitalizarla, asignando a diversos puntos del espacio bidimensional las partes del pulso que llegan en diferentes momentos.

El resultado de todo este truco óptico es una imagen que representa una foto de apenas la 440 trillonésima parte de un segundo.

Los investigadores utilizaron un láser que disparaba más de seis millones de pulsos por segundo, resultando en esa misma cantidad de imágenes. Sin embargo, dicen que es posible mejorar el sistema para adquirir más de diez millones de imágenes por segundo, o sea a una velocidad más de 200.000 veces mayor que la de una cámara de vídeo estándar.

El equipo está tratando de adaptar la técnica a la toma de imágenes tridimensionales con la misma resolución de tiempo y de aumentar el número efectivo de "pixeles" en una imagen dada a 100.000.

"Nuestro paso siguiente será tratar de mejorar la resolución espacial, de manera que podamos tomar fotos absolutamente claras de la estructura interna de las células", le dijo el profesor Jalali a la BBC.

"Todavía no lo hemos logrado, pero si podemos hacerlo sobrarán las aplicaciones en la biología", concluyó.

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