Una hiperlente de metamaterial, promesa en la lucha contra el cáncer

MADRID, 22 May. (EUROPA PRESS) -

   Investigadores de la Universidad de Buffalo han presentado una hiperlente a base de metamateriales, un avance en fotónica que permite mejorar nuestra capacidad de ver objetos pequeños.

   Descrita en un artículo de investigación publicado en Nature Communications, estas hiperlentes algún día pueden ayudar a detectar algunas de las formas más letales de cáncer.

   También podría conducir a avances en la fabricación nanoelectrónica e impulsar la capacidad de los científicos para examinar moléculas individuales - un desarrollo con implicaciones en la física, la química, la biología y otros campos.

   "Hay una gran necesidad en el cuidado de la salud, la nanotecnología y otras áreas de mejorar nuestra capacidad de ver objetos pequeños que escapan incluso a los sistemas ópticos más potentes. La hiperlente que estamos desarrollando es, potencialmente, un paso de gigante hacia la solución de este problema", dice Natalia Litchinitser, profesora de ingeniería eléctrica en la Universidad de Buffalo y autora principal del artículo.

   Los sistemas ópticos convencionales, tales como microscopios y cámaras, están limitados por la difracción, un fenómeno en el que la luz se dobla cuando pasa alrededor de un borde o a través de una hendidura. Un ejemplo de ello son las pistas estrechamente espaciadas de un DVD, que forman un patrón de arco iris cuando se mira en el disco.

   La difracción establece un límite fundamental para la resolución de sistemas ópticos. Los científicos están trabajando para resolver la difracción con metamateriales, que son materiales diseñados para tener propiedades aún no descubiertas en la naturaleza.

   Típicamente, los materiales están dispuestos en patrones repetitivos, a menudo de menor escala que las longitudes de onda de los fenómenos que influyen. Las hiperlentes de metamateriales superan el límite de difracción transformando ondas evanescentes en descomposición en ondas que se propagan. Una vez convertidas, estas ex ondas en descomposición, que se perdieron comúnmente en imágenes convencionales, pueden ser recogidas y transmitidas utilizando componentes ópticos estándar.

DISEÑO RADIAL

   Algunos de las primeras hiperlentes de metamateriales consistían en pequeños anillos concéntricos de plata y dieléctrico (un material aislante). Sin embargo, este diseño sólo funciona dentro de un rango estrecho de longitudes de onda y adolece de grandes pérdidas de resonancia. En vez de anillos concéntricos, los investigadores de la Universidad de Buffalo forman diminutas astillas de oro y PMMA (un termoplástico transparente) en una forma radial. El diseño de estas hiperlentes supera el límite de difracción en el rango de frecuencias visibles. Además, puede estar integrado con una guía de ondas óptica, abriendo la puerta a la hiperlente basada en la endoscopia médica.

   Se requieren más estudios, pero dicha herramienta podría mejorar la capacidad de los médicos para detectar algunas de las formas más letales de cáncer, como el cáncer de ovario. Por ejemplo, los endoscopios de alta resolución de hoy pueden resolver objetos a unos 10.000 nanómetros. Las hiperlentes podrían mejorarlo por lo menos 250 nanómetros.

   Otro de los posibles ámbitos de aplicación es la nanolitografía óptica, el proceso de pasar la luz a través de una máscara con un patrón en la película de polímero. La mejora continua en este campo es esencial para construir la próxima generación de dispositivos optoelectrónicos, unidades de almacenamiento de datos, sensores y otros artilugios. Las hiperlentes también prometen en la secuenciación de moléculas individuales, un avance potencial con amplias implicaciones en numerosos campos de la investigación, incluyendo la física, la química y la biología.