I ricercatori hanno sviluppato un metodo di imaging unico ad alta risoluzione in grado di acquisire immagini spettrali nel medio infrarosso di eventi veloci o processi dinamici che si verificano nell'ordine dei millisecondi. Questa gamma spettrale viene utilizzata per molte applicazioni perché può rivelare la composizione chimica dettagliata di un campione.
"Questo nuovo approccio potrebbe un giorno essere utilizzato per preselezionare le biopsie mediche per identificare quelle che necessitano di un esame più attento, " ha detto Peter Tidemand-Lichtenberg, un membro del gruppo di ricerca di DTU Fotonik in Danimarca. "Potrebbe essere usato per cercare le firme chimiche del cancro e di altre malattie in modi che aumenterebbero l'accuratezza e la velocità delle diagnosi".
Un gruppo multi-istituzionale di ricercatori descrive il nuovo approccio all'imaging in ottica , La rivista della Optical Society (OSA) per la ricerca ad alto impatto. Dimostrano inoltre alcune delle potenziali applicazioni della tecnica mediante l'imaging di un flusso di gas e distinguendo campioni cancerosi e normali di tessuto esofageo.
"Sebbene la spettroscopia nel medio infrarosso sia riconosciuta come un potente strumento per l'analisi chimica, la sua applicabilità è stata ostacolata dalla mancanza di sorgenti luminose a prezzi accessibili e rilevatori sensibili, " ha detto Tidemand-Lichtenberg. "Per superare questa barriera, abbiamo utilizzato un approccio che traduce le informazioni dalla regione del medio infrarosso, dove le firme chimiche sono più distinte, al vicino infrarosso, dove la tecnologia delle fotocamere di oggi è più matura e sensibile."
Pratica spettroscopia nel medio infrarosso
I ricercatori hanno attinto a un processo noto come conversione di frequenza non lineare in cui l'energia viene aggiunta a un fotone per cambiarne la lunghezza d'onda, e quindi il suo colore. Sebbene la conversione di frequenza, o upconversion, viene spesso utilizzato per modificare la lunghezza d'onda dell'uscita di un laser, i ricercatori di DTU Fotonik hanno sviluppato un sistema di rilevamento che potrebbe spostare un'intera immagine mid-IR nella gamma di lunghezze d'onda del vicino infrarosso preservando tutte le informazioni spaziali.
Il sistema incorpora una nuova sorgente di luce nel medio infrarosso sviluppata dai collaboratori dell'Istituto di scienze fotoniche (ICFO). Questa sorgente luminosa a lunghezza d'onda singola può essere sintonizzata su diverse lunghezze d'onda e utilizza anche la conversione di frequenza per generare la luce nel medio infrarosso. Infatti, i ricercatori hanno utilizzato lo stesso laser a impulsi nel vicino infrarosso per due cose:per generare la luce IR sintonizzabile e per ottenere la conversione dell'immagine.
"Questo approccio produce impulsi ad alta potenza di picco in perfetto sincronismo, eliminando la necessità di un sofisticato controllo temporale degli impulsi, portando a immagini con un buon rapporto segnale-rumore, " ha spiegato Tidemand-Lichtenberg. "Inoltre, la nostra configurazione ottica è progettata in modo tale da richiedere pochissima post-elaborazione dopo l'acquisizione delle immagini."
Imaging di eventi veloci e campioni complessi
I ricercatori hanno dimostrato la velocità di imaging del loro nuovo approccio di spettroscopia di upconversion nel medio infrarosso sintonizzando il laser di illuminazione in modo che corrisponda all'assorbimento di picco di un flusso di gas e acquisendo un video con 40 immagini al secondo.
Hanno anche condotto uno studio pilota, guidato dai membri del team dell'Università di Exeter, in cui il sistema è stato utilizzato per valutare campioni di tessuto esofageo canceroso e sano. Hanno scoperto che la morfologia e la classificazione spettrale utilizzando il loro sistema corrispondevano bene alle immagini istopatologiche colorate standard.
"Il nostro approccio all'imaging di conversione è generico e costituisce un'importante semplificazione nella realizzazione del frame rate video, imaging monocromatico nel medio infrarosso, ", ha detto Tidemand-Lichtenberg.
"Le informazioni spettrali fornite da questa tecnica potrebbero essere combinate con l'apprendimento automatico per consentire più velocemente, e possibilmente più obiettivo, diagnostica medica basata su firme chimiche senza la necessità di colorazione."
