Microscopio ultracompacto permite obtener imágenes de alto rendimiento para diagnóstico biomédico

La tecnología de metalens abre una nueva forma de lograr sistemas de imágenes ópticos ultracompactos y livianos. Una metalens es una especie de metasuperficie compuesta por unidades de sublongitud de onda con una poderosa capacidad para manipular la luz. Se propuso una matriz de metalens multiplexada de polarización innovadora (basada en nanopostes de silicio) para realizar un microscopio compacto y de campo amplio que rompe las restricciones del campo de visión (FOV) convencional, pero la calidad de la imagen es relativamente pobre debido a su baja eficiencia con el ruido de fondo, y el FOV general es aún más pequeño que el del microscopio tradicional con la misma resolución. Ahora es posible una calidad de imagen significativamente mejorada con imágenes de mayor resolución, gracias a los investigadores que desarrollaron un dispositivo de imagen de metalens integrado en polarizador (PMID).

El PMID desarrollado por investigadores de la Universidad de Nanjing (Jiangsu, China), se implementa en base a una metasuperficie de nitruro de silicio montada en un sensor de imagen CMOS con un filtro de polarización circular fijo insertado entre los dos. Elimina los ruidos de fondo e incluso permite ampliar la imagen. El nuevo sistema se basa en una matriz especial de metalens co-multiplexado y cruzado y un polarizador incorporado. Al integrarlos en un sensor CMOS a escala de chip, los investigadores desarrollaron con éxito un FOV amplio de alta calidad y una técnica de microscopía de gran profundidad de campo (DOF).

Imagen: Una matriz de metalens a escala de chips hace que este sistema de microscopio sea ultracompacto (Fotografía cortesía de la Universidad de Nanjing)

Se logran rendimientos significativamente altos, con un FOV de 4 × 4 mm2, una resolución de 1,74 μm (limitada por el tamaño de píxel del CMOS) y un DOF de ~200 μm (rango de longitud de onda de 450-510 nm). Este FOV es alrededor de 5 a 7 veces mayor que el de un microscopio tradicional con la misma resolución. El equipo demostró el excelente desempeño de la microscopía al obtener imágenes de una gran cantidad de muestras biológicas. Este microscopio a escala de chip promete revolucionar los dispositivos ópticos tradicionales, presentando un nuevo horizonte de dispositivos de imágenes ultracompactos impulsados por metatecnología.

"Hasta donde sabemos, esta es la primera vez que un generador de imágenes de metalens accede a un FOV más grande que un microscopio tradicional con una calidad de imagen similar", dijo Tao Li, autor principal e investigador principal del Laboratorio Nacional de Microestructuras de Estado Sólido de la Universidad de Nanjing. “Al hacer un barrido de la longitud de onda de la iluminación, el dispositivo puede lograr imágenes de gran profundidad de campo simultáneamente, gracias a la gran naturaleza dispersiva de los metalens. Este PMID a escala de chip permite la implementación de un sistema de microscopio portátil miniaturizado, con una reducción de mil veces en volumen y peso en comparación con un microscopio tradicional”.

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Universidad de Nanjing