Avanzando la imagen de dos fotones con una gestión innovadora de pulsos

La imagen de dos fotones es una técnica que se usa para ver dentro de tejidos vivos con un gran detalle. Funciona iluminando el tejido con láseres, lo que excita las moléculas dentro y permite a los científicos capturar imágenes. Para obtener los mejores resultados, es clave tener una luz láser potente. Esto significa usar un láser muy eficiente o usar menos potencia para minimizar el daño al tejido.

#La necesidad de alta eficiencia de excitación

Una alta eficiencia de excitación permite tener imágenes más brillantes sin necesidad de aumentar la potencia del láser. Mantener la potencia baja ayuda a evitar cualquier daño al tejido vivo que se está estudiando. Una forma de mejorar la eficiencia es usar un tipo especial de láser llamado láser de femtosegundos con una tasa de pulso más baja. Estos láseres pueden entregar una gran cantidad de energía en ráfagas muy cortas, lo que puede mejorar significativamente los resultados de la imagen.

#El papel de los láseres de femtosegundos

Los láseres de femtosegundos son herramientas sofisticadas que envían PULSOS láser extremadamente rápido, uno tras otro. El tipo común de estos láseres opera a una frecuencia de 80 megahercios (MHz). Esto significa que envía 80 millones de pulsos cada segundo. Sin embargo, al reducir la tasa de pulso, los científicos pueden lograr el doble de la intensidad de las imágenes tomadas manteniendo la potencia promedio igual. Esta reducción también puede ayudar con aplicaciones que dependen del tiempo.

#Desafíos con los métodos tradicionales

Aunque hay formas de crear tasas de pulso más bajas, como usar dispositivos complejos llamados amplificadores paramétricos ópticos, estos pueden ser difíciles de manejar y bastante caros. Un método más fácil y económico es usar un dispositivo conocido como seleccionador de pulsos. Este dispositivo puede seleccionar cada cuarto pulso del láser de 80 MHz, reduciendo así la frecuencia a 20 MHz.

#Cómo funcionan los seleccionadores de pulsos

En un sistema de seleccionador de pulsos, el láser de femtosegundos de 80 MHz pasa a través de un componente llamado celda de Pockels. Esta celda cambia la polarización de la luz en función del voltaje aplicado. Luego, se utiliza un divisor de haz para dirigir la luz a través o lejos de la celda de Pockels. La celda de Pockels necesita encenderse y apagarse muy rápido, lo que requiere un controlador potente. Esto puede hacer que el seleccionador de pulsos sea una opción costosa.

#Nuestra solución simplificada

En este estudio, se ha desarrollado un dispositivo más simple para cambiar la tasa de pulso de 80 MHz a 40 MHz. Este dispositivo también utiliza una celda de Pockels, pero de una manera que lo hace más fácil de operar. Al incorporar una bobina inductiva con la celda de Pockels, se vuelve efectivo a esta frecuencia más baja, necesitando solo una pequeña cantidad de energía. La necesidad de componentes costosos se reduce porque esta configuración puede usar amplificadores de radiofrecuencia disponibles.

#Configuración técnica

La señal de sincronización de 40 MHz necesaria para este nuevo dispositivo se puede crear usando un divisor de frecuencia disponible comercialmente. Si un láser no proporciona la señal adecuada, un detector de luz puede ayudar a obtener la sincronización necesaria. Es importante aumentar esta señal de sincronización para asegurarse de que funcione efectivamente con la celda de Pockels.

#Pruebas del dispositivo

El nuevo método fue probado usando imágenes de la corteza visual de monos macacos. Los resultados mostraron que la nueva configuración proporcionó un aumento significativo en el brillo y la calidad de la imagen en comparación con el método tradicional de 80 MHz. Durante las pruebas, no hubo signos de daño a los tejidos o de desvanecimiento, mostrando que la configuración era segura de usar.

#Beneficios del nuevo método

Este nuevo divisor de frecuencia de pulso está construido a partir de piezas comúnmente disponibles, lo que facilita a los laboratorios de investigación ensamblarlo. Se puede añadir a los sistemas existentes de imagen de dos fotones sin mucho problema. Importante, este enfoque puede duplicar la intensidad de la imagen mientras mantiene la potencia promedio igual.

#Aplicaciones de la imagen mejorada

Las imágenes más brillantes producidas por este nuevo método pueden ayudar significativamente en varias aplicaciones científicas. Esto incluye la imagen de tejidos profundos, donde las señales suelen ser débiles, y la imagen rápida de volúmenes. Estas mejoras pueden llevar a una mejor comprensión y resultados de investigación en varios campos.

#Compartir recursos

El nuevo dispositivo puede crear dos flujos de pulsos láser de 40 MHz separados, permitiendo que dos sistemas de imagen distintos compartan la misma configuración. La demora temporal entre los dos pulsos lo hace adecuado para técnicas de imagen avanzadas que requieren sincronización, mejorando la capacidad de investigación en general.

#Conclusión

El desarrollo de este método más simple para reducir tasas de pulso láser en la imagen de dos fotones ofrece a los investigadores una herramienta valiosa. Permite obtener imágenes de alta calidad mientras minimiza el riesgo de daño a los tejidos vivos. Este avance enfatiza la importancia de las técnicas de imagen eficientes en la investigación científica, ayudando en última instancia a una mejor comprensión de los procesos biológicos. Al integrar este enfoque en los sistemas existentes, los científicos pueden explorar nuevas posibilidades en la imagen y mejorar su investigación de manera efectiva.