Nuevo Endoscopio Sin Lentes Ofrece Imágenes 3D de Estructuras Subcelulares Sin Óptica Tradicional

La Sociedad Óptica, Washington, DC

Investigadores han desarrollado un nuevo endoscopio auto-calibrante que produce imágenes 3D de objetos más pequeños que una sola célula sin lente ni componentes ópticos, eléctricos o mecánicos. La punta del endoscopio mide solo 200 micrones de ancho —aproximadamente el ancho de unos pocos cabellos humanos retorcidos. Como herramienta mínimamente invasiva para imaginar características dentro de tejidos vivos, el endoscopio extremadamente delgado podría permitir una variedad de aplicaciones de investigación y médicas.

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

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

Un obstáculo importante para hacer estas tecnologías prácticas es que requieren procesos de calibración complicados —en muchos casos mientras la fibra está recopilando imágenes. Para abordar esto, los investigadores agregaron una delgada placa de vidrio, de solo 150 micrones de espesor, a la punta de un haz de fibras coherentes, un tipo de fibra óptica comúnmente usado en aplicaciones de endoscopia. El haz de fibras coherentes usado en el experimento tenía aproximadamente 350 micrones de ancho y consistía en 10,000 núcleos.

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

Un componente clave de la nueva configuración es un modulador espacial de luz, que se usa para manipular la dirección de la luz y permitir el enfoque remoto. El modulador espacial de luz compensa la función de transferencia óptica e imágenes en el haz de fibras. La luz reflejada desde 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 un micrón. Los investigadores usaron una lente adaptativa y un espejo galvómetro 2D para cambiar el enfoque y permitir el escaneo a diferentes profundidades.

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

Este enfoque permite tanto la calibración en tiempo real como la imagen con mínima invasividad, importante para imágenes 3D in-situ, manipulación mecánica de células basada en laboratorio en chip, optogenética in vivo de tejido profundo e inspecciones técnicas de cerradura.

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