Medición más rápida de huella vibratoria de moléculas avanza en el diagnóstico biomédico

Identificar diferentes tipos de moléculas y células es un proceso vital tanto en la ciencia básica como en la aplicada. La espectroscopia Raman es una técnica de medición ampliamente utilizada para este propósito. Cuando se dirige un haz láser a las moléculas, la luz interactúa con las vibraciones y rotaciones de los enlaces moleculares, lo que provoca un cambio en la frecuencia de la luz dispersada. Los espectros de dispersión resultantes actúan como una “huella vibracional” única para cada molécula. A pesar de su uso generalizado, se han realizado numerosos esfuerzos para mejorar la espectroscopia Raman, en particular porque una de sus principales limitaciones es la velocidad de medición, que a menudo le impide seguir el ritmo de los cambios rápidos en ciertas reacciones químicas y físicas. Ahora, los científicos han logrado aumentar con éxito la velocidad de medición de la espectroscopia Raman, allanando el camino para avances en varias aplicaciones, como mediciones ultrarrápidas de fenómenos irreversibles, imágenes Raman hiperespectrales de alta velocidad y citometría de flujo Raman de alto rendimiento.

Los científicos del Instituto de Ciencia y Tecnología de Fotón de la Universidad de Tokio (Tokio, Japón) se propusieron mejorar la velocidad de medición de la espectroscopia Raman construyendo un sistema desde cero y lograron alcanzar un aumento de 100 veces. Dado que la velocidad de medición ha sido una limitación crítica, esta mejora podría facilitar el progreso en numerosos campos que dependen de la identificación de moléculas y células, incluidos el diagnóstico biomédico y el análisis de materiales. Basándose en su experiencia en óptica y fotónica, los científicos integraron tres componentes clave: espectroscopia Raman coherente, que genera señales más fuertes que la espectroscopia Raman espontánea tradicional; un láser de pulso ultracorto especialmente diseñado; y tecnología de estiramiento temporal que utiliza fibras ópticas. Los resultados, publicados en la revista Ultrafast Science, muestran que los investigadores lograron una velocidad de medición de 50 MSpectra/s (megaspectros por segundo), lo que representa un aumento de 100 veces en comparación con la medición más rápida anterior de 50 kSpectra/s (kilospectros por segundo). Este avance tiene un potencial significativo en una variedad de aplicaciones.

Imagen: El espectrómetro Raman más rápido del planeta (foto cortesía de la Universidad de Tokio)

“Nuestro objetivo es aplicar nuestro espectrómetro a la microscopía, lo que permitirá la captura de imágenes 2D o 3D con espectros de dispersión Raman”, dijo Takuro Ideguchi del Instituto de Ciencia y Tecnología de Fotones de la Universidad de Tokio, quien fue el investigador principal del estudio. “Además, prevemos su uso en citometría de flujo combinando esta tecnología con microfluídica. Estos sistemas permitirán la obtención de imágenes químicas y espectroscopia de biomoléculas en células o tejidos de alto rendimiento y sin etiquetas”.