La microscopía de campo en femtosegundos permite obtener las huellas dactilares de las moléculas en el rango espectral del infrarrojo cercano
"Esta investigación... tiene aplicaciones potenciales en diversos campos, como la química y la biología, donde la detección molecular precisa es esencial"
En un avance que podría revolucionar la detección de biomarcadores, investigadores del Instituto Max Planck para la Ciencia de la Luz han desarrollado una novedosa técnica denominada "femtosegundo-fieldoscopia". Este método permite medir con precisión cantidades diminutas de líquido, hasta el nivel micromolar, con una sensibilidad inigualable en la región del infrarrojo cercano. Abre nuevas posibilidades para la bioimagen sin etiquetas y la detección de moléculas diana en entornos acuosos, allanando el camino para aplicaciones biomédicas avanzadas.
Los pulsos láser ultracortos pueden hacer vibrar las moléculas de forma impulsiva, de forma similar a como un golpecito rápido hace sonar una campana. Cuando las moléculas son excitadas por estos breves pulsos de luz, producen una señal, denominada "desintegración por inducción libre" (FID), que contiene información importante sobre las moléculas. Esta señal dura sólo un instante muy breve (hasta un billón de segundo) y proporciona una clara "huella dactilar" de la vibración de la molécula. En la fieldsocpy de femtosegundos, al utilizar un pulso láser ultracorto, la señal de la molécula se separa del propio pulso láser, lo que facilita la detección de la respuesta vibracional sin fondo. Esto permite a los científicos identificar moléculas específicas con gran precisión, lo que abre nuevas posibilidades para detectar marcadores biológicos de forma limpia y sin interferencias. Como prueba de principio, los investigadores demostraron con éxito por primera vez la capacidad de medir bandas de combinación débil en agua y etanol a concentraciones tan bajas como 4,13 micromoles.
La base de esta técnica es la creación de pulsos de luz ultracortos de alta potencia, que se consiguen utilizando fibras de cristal fotónico llenas de gas. Estos pulsos, comprimidos a casi un solo ciclo de una onda luminosa, se combinan con pulsos de infrarrojo cercano estables en fase para su detección. Un método de detección de campos, el muestreo electroóptico, puede medir estos pulsos ultrarrápidos con un ancho de banda de detección cercano a los petahercios, capturando campos con una resolución temporal de 400 attosegundos. Esta extraordinaria resolución temporal permite a los científicos observar las interacciones moleculares con una precisión increíble.
"Nuestros hallazgos mejoran significativamente las capacidades analíticas para el análisis de muestras líquidas, proporcionando una mayor sensibilidad y un rango dinámico más amplio", afirma Anchit Srivastava, estudiante de doctorado en el Instituto Max Planck para la Ciencia de la Luz. "Y lo que es más importante, nuestra técnica nos permite filtrar las señales procedentes tanto de la fase líquida como de la gaseosa, lo que conduce a mediciones más precisas".
Hanieh Fattahi explica: "Al medir simultáneamente la información de fase y de intensidad, abrimos nuevas posibilidades para la espectromicroscopía biológica de alta resolución. Esta investigación no sólo amplía los límites de la metrología de campo resuelto, sino que también profundiza nuestra comprensión de los fenómenos ultrarrápidos y tiene aplicaciones potenciales en diversos campos, como la química y la biología, donde la detección molecular precisa es esencial."
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