Los físicos de Ludwig-Maximilians-Universität, el Instituto Max Planck de Óptica Cuántica y el TU München han desarrollado un método que utiliza rayos X generados por láser y tomografía de rayos X de contraste de fase para producir imágenes tridimensionales de estructuras de tejidos blandosen organismos
Con luz láser, los físicos en Munich han construido una fuente de rayos X en miniatura. Al hacerlo, los investigadores del Laboratorio de Física de Attosegundos del Instituto Max Planck de Óptica Cuántica y la Technische Universität München TUM capturaron en tres dimensionesimágenes de estructuras ultrafinas en el cuerpo de un organismo vivo por primera vez con la ayuda de rayos X generados por láser. Usando radiación generada por la luz combinada con tomografía de rayos X de contraste de fase, los científicos visualizaron detalles ultrafinos de una mosca que midesolo unos pocos milímetros. Hasta ahora, dicha radiación solo podía producirse en costosos aceleradores de anillo que medían varios kilómetros de diámetro. Por el contrario, el sistema impulsado por láser en combinación con la tomografía de rayos X de contraste de fase solo requiere un laboratorio universitario para ver la luz suave.tejidos. El nuevo método de imagen podría hacer que las futuras aplicaciones médicas sean más rentables y más eficientes en espacio que lo que es posible con las tecnologías actuales.
Cuando los físicos Prof. Stefan Karsch y Prof. Franz Pfeiffer iluminan una pequeña mosca con rayos X, la imagen resultante captura incluso los pelos más finos en las alas del insecto. El experimento es un logro pionero. Por primera vez,Los científicos combinaron su técnica para generar rayos X a partir de pulsos láser con tomografía de rayos X de contraste de fase para visualizar tejidos en organismos. El resultado es una vista tridimensional del insecto con detalles sin precedentes.
Los rayos X requeridos fueron generados por electrones que fueron acelerados a casi la velocidad de la luz en una distancia de aproximadamente un centímetro por pulsos láser que duraron alrededor de 25 femtosegundos. Un femtosegundo es una millonésima de una billonésima de segundo. Los pulsos lásertener una potencia de aproximadamente 80 teravatios 80 x 10 12 vatios.A modo de comparación: una planta de energía atómica genera 1.500 megavatios 1.5 x 10 9 vatios.
Primero, el pulso láser atraviesa un plasma que consiste en núcleos atómicos cargados positivamente y sus electrones como un barco a través del agua, produciendo una estela de electrones oscilantes. Esta onda de electrones crea una estructura de campo eléctrico en forma de onda en la que surgen los electrones.y por el cual se aceleran en el proceso. Las partículas comienzan a vibrar, emitiendo rayos X. Cada pulso de luz genera un pulso de rayos X. Los rayos X generados tienen propiedades especiales: tienen una longitud de onda de aproximadamente 0.1 nanómetros,que corresponde a una duración de solo unos cinco femtosegundos y son espacialmente coherentes, es decir, parecen provenir de una fuente puntual.
Por primera vez, los investigadores combinaron sus rayos X impulsados por láser con un método de imagen de contraste de fase desarrollado por un equipo encabezado por el profesor Franz Pfeiffer del TUM. En lugar de la absorción habitual de radiación, utilizaron X-refracción de rayos para obtener imágenes precisas de las formas de los objetos, incluidos los tejidos blandos. Para que esto funcione, la coherencia espacial mencionada anteriormente es esencial.
Esta técnica de imagen basada en láser permite a los investigadores ver estructuras alrededor de una décima a una centésima del diámetro de un cabello humano. Otra ventaja es la capacidad de crear imágenes tridimensionales de objetos. Después de cada pulso de rayos X, es decir despuésEn cada cuadro, el espécimen se gira ligeramente. Por ejemplo, se tomaron alrededor de 1.500 imágenes individuales de la mosca, que luego se ensamblaron para formar un conjunto de datos en 3D.
Debido a la falta de pulsos de rayos X, esta técnica puede usarse en el futuro para congelar procesos ultrarrápidos en la escala de tiempo de femtosegundos, por ejemplo, en moléculas, como si estuvieran iluminadas por una bombilla de femtosegundos.
La tecnología es particularmente interesante para aplicaciones médicas, ya que es capaz de distinguir entre las diferencias en la densidad del tejido. El tejido canceroso, por ejemplo, es menos denso que el tejido sano. Por lo tanto, el método abre la posibilidad de detectar tumores que son menos deun milímetro de diámetro en una etapa temprana de crecimiento antes de que se extiendan por el cuerpo y ejerzan su efecto letal. Sin embargo, para este propósito, los investigadores deben acortar aún más la longitud de onda de los rayos X para penetrar capas de tejido más gruesas.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto Max Planck de Óptica Cuántica . Original escrito por Thorsten Naeser. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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