El nuevo endoscopio sin lentes ofrece imágenes en 3D de estructuras subcelulares sin óptica tradicional

La Sociedad Óptica, Washington, DC

Los investigadores han desarrollado un nuevo endoscopio autocalibrador que produce imágenes en 3D de objetos más pequeños que una sola célula sin lente ni ningún componente óptico, eléctrico o mecánico. La punta del endoscopio mide sólo 200 micrones de ancho, aproximadamente el ancho de unos pocos cabellos humanos retorcidos. Como herramienta mínimamente invasiva para obtener imágenes de características dentro de tejidos vivos, el endoscopio extremadamente delgado podría permitir una variedad de aplicaciones médicas y de investigación.

Los investigadores han desarrollado un nuevo endoscopio autocalibrador que produce imágenes en 3D de objetos más pequeños que una sola célula. (Crédito:Czarske, TU Dresden, Alemania)

Los endoscopios convencionales utilizan cámaras y luces para capturar imágenes del interior del cuerpo. En los últimos años, los investigadores han desarrollado formas alternativas de capturar imágenes a través de fibras ópticas, eliminando la necesidad de cámaras voluminosas y otros componentes voluminosos, permitiendo endoscopios significativamente más delgados. Sin embargo, a pesar de su promesa, estas tecnologías adolecen de limitaciones como la incapacidad de tolerar fluctuaciones de temperatura o la flexión y torsión de la fibra.

Un obstáculo importante para hacer que estas tecnologías sean prácticas es que requieren procesos de calibración complicados, en muchos casos mientras la fibra recopila imágenes. Para solucionar este problema, los investigadores añadieron una fina placa de vidrio, de sólo 150 micrones de espesor, a la punta de un haz de fibras coherentes, un tipo de fibra óptica que se utiliza habitualmente en aplicaciones de endoscopia. El haz de fibras coherente utilizado en el experimento tenía aproximadamente 350 micrones de ancho y constaba de 10.000 núcleos.

Cuando el núcleo central de fibra se ilumina, emite un haz que se refleja nuevamente en el haz de fibras y sirve como estrella guía virtual para medir cómo se transmite la luz. Esto se conoce como función de transferencia óptica, que proporciona datos cruciales que el sistema utiliza para calibrarse sobre la marcha.

Un componente clave de la nueva configuración es un modulador de luz espacial, que se utiliza para manipular la dirección de la luz y permitir el enfoque remoto. El modulador de luz espacial compensa la función de transferencia óptica y las imágenes en el haz de fibras. La luz reflejada por el haz de fibras se captura en la cámara y se superpone con una onda de referencia para medir la fase de la luz. La posición de la estrella guía virtual determina el enfoque del instrumento, con un diámetro de enfoque mínimo de aproximadamente una micra. Los investigadores utilizaron una lente adaptativa y un espejo galvómetro 2D para cambiar el enfoque y permitir escanear a diferentes profundidades.

El equipo probó su dispositivo usándolo para obtener imágenes de una muestra en 3D bajo un cubreobjetos de 140 micrones de espesor. Al escanear el plano de la imagen en 13 pasos de 400 micrones con una velocidad de imagen de 4 ciclos por segundo, el dispositivo obtuvo imágenes exitosas de partículas en la parte superior e inferior de la muestra 3D. Sin embargo, su enfoque se deterioró a medida que aumentó el ángulo del espejo del galvómetro. Los investigadores sugieren que trabajos futuros podrían abordar esta limitación. Además, el uso de un escáner galvómetro con una velocidad de cuadros más alta podría permitir una adquisición de imágenes más rápida.

Este enfoque permite la calibración y la obtención de imágenes en tiempo real con una mínima invasividad, lo que es importante para la obtención de imágenes 3D in situ, la manipulación mecánica de células basada en un chip, la optogenética in vivo de tejidos profundos y las inspecciones técnicas de ojo de cerradura.

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