Corrigen aberraciones de imagen en tiempo real en microscopia de un solo píxel usando una lente deformable

Se ha conseguido corregir en tiempo real problemas relacionados con las aberraciones de las imágenes en la técnica de microscopia de un solo píxel gracias a la aplicación de una tecnología reciente, las lentes deformables programables.

El logro es obra de un equipo encabezado por Heberley Tobón-Maya, de la Universidad Jaume I de Castellón, en la Comunidad Valenciana, España.

La solución presentada por este equipo combina una lente adaptativa (que «daría forma» al frente de luz en tiempo real) con un método sin sensor que evalúa la nitidez de la imagen directamente en los datos, sin algoritmos complejos. Así, se corrigen las distorsiones producidas por el sistema y también por la propia muestra, y se obtienen imágenes más nítidas, cercanas al límite físico de resolución, sin añadir complejidad al microscopio.

Esa lente adaptativa sería la denominada «lente deformable multiactuador» (M-AL, por sus siglas en inglés) que se integra fácilmente en el equipamiento sin necesidad de modificar significativamente la configuración tradicional del microscopio de un solo píxel basado en iluminación estructurada. Las lentes de este tipo están formadas por una membrana ópticamente transparente y deformable (como una lámina delgada de vidrio o polímero) que tiene la capacidad de cambiar de forma por actuadores distribuidos alrededor o detrás de ella.

Esos actuadores que la permiten cambiar pueden ser de diferentes tipos: piezoeléctricos (lo más comunes), que convierten una señal eléctrica en una deformación mecánica muy precisa, y electroestáticos o electromagnéticos, que usan los campos eléctricos o magnéticos para deformar la lente. Cada actuador ejerce una pequeña fuerza local sobre la superficie de la lente que facilita la modificación del frente de onda con alta resolución espacial, similar a lo que sucede en un espejo deformable, pero en transmisión.

En lugar de usar una cámara con millones de píxeles, las muestras se iluminan con una secuencia de patrones de luz y se emplea un único sensor de un solo píxel para recoger la señal resultante. Uno de los problemas de esta técnica de microscopía es que el chip de microespejos que genera los patrones, así como las propias muestras, crean pequeñas distorsiones que difuminan los detalles finos en las imágenes. Sin embargo, el nuevo diseño corrige estos errores mediante la lente deformable, proporcionando imágenes de microscopía con una resolución sin precedentes hasta la fecha.

Miembros del equipo de investigación. (Foto: Universitat Jaume I de Castelló. CC BY-NC-SA)

Este nuevo método prepara el terreno para futuros avances y tiene aplicaciones potenciales sobre todo en microscopia adaptativa, para compensar aberraciones en muestras biológicas; en instrumentación de diagnóstico de la retina o simuladores de visión en oftalmología; en óptica adaptativa astronómica, sistemas de imagen industrial o realidad aumentada, en áreas como la biomedicina o la ciencia de los materiales.

Tobón-Maya y sus colegas exponen los detalles técnicos del nuevo método en la revista académica Nature Communications, bajo el título “Hadamard based single-pixel microscopy using sensor-less adaptive optics supported by multi-actuator adaptive lens”. (Fuente: Universitat Jaume I de Castelló)