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Un microscopio de ultrarresolución del tamaño de un chip

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El proyecto ChipScope se desarrolla entre enero de 2017 y diciembre de 2020 bajo el liderazgo de investigadores de la Universidad de Barcelona coordinados por Ángel Dieguez.

 

Crear un nuevo tipo de microscopio óptico de alta resolución y del tamaño de un chip es el reto al que se enfrenta ChipScope, un proyecto europeo liderado por la Universidad de Barcelona y en el que participan pymes, universidades e institutos de investigación de cinco países europeos. El objetivo es desarrollar la ciencia y la tecnología necesarias para observar estructuras extremadamente pequeñas, como virus, moléculas de ADN o el interior de las células, en tiempo real y sin los inconvenientes de las técnicas de alta resolución actuales.

El proyecto, de cuatro años de duración, está financiado con 3,75 millones de euros por la convocatoria Future and Emerging Technologies(FET Open), un programa enfocado a investigaciones de vanguardia que desarrollan tecnologías rupturistas El proyecto ChipScope se desarrolla entre enero de 2017 y diciembre de 2020 bajo el liderazgo de la Universidad de Barcelona y con la participación de la Universidad Técnica de Brunswick (Alemania), la Universidad de Roma Tor Vergata, la empresa Expert Ymaging (Barcelona), el Instituto Austríaco de Tecnología, la Universidad Médica de Viena y la Fundación Suiza para la Investigación en Microtecnología.

Superar el límite de la difracción

La distancia mínima para poder distinguir con un microscopio que dos elementos son independientes es de unos 200 nanometros (nm): es decir, un tamaño unas quinientas veces más pequeño que el de un cabello humano. Las proteínas, las moléculas de ADN o las estructuras internas de las células son mucho más pequeñas todavía y, por tanto, no pueden observarse directamente con los microscopios ópticos convencionales. «Actualmente, este tipo de observaciones por debajo del llamado límite de difracción solo son posibles mediante complejos y costosos microscopios electrónicos que, además, destruyen la muestra», explica Ángel Diéguez, miembro del Grupo de Investigación en Sistemas de Instrumentación y Comunicaciones (SIC) de la UB y coordinador del proyecto.

El objetivo de ChipScope es desarrollar un nuevo tipo de microscopio en miniatura que permita observar muestras por debajo de este límite de difracción y sin necesidad de alterar la muestra. Para ello, los investigadores adoptarán un enfoque diferente al de los microscopios convencionales: «La idea es que la resolución dependa más de la fuente de iluminación que del sistema de detección óptico. Es decir, en lugar de una sola fuente de luz, como tienen los microscopios con mayor resolución en la actualidad, utilizaremos cientos de fuentes de luz en miniatura», explica Ángel Diéguez, cuyo grupo es experto en el desarrollo de circuitos integrados en miniatura.

Los ledes más pequeños del mundo

Esta aproximación implicará desarrollar los ledes más pequeños del mundo, de unos 50 nm, que serán la fuente de luz para el nuevo microscopio. Estos nanoledes estarán situados de forma ordenada y a distancias regulares en una matriz que será la base de la nueva herramienta. Cuando los nanoledes se enciendan uno tras otro, por separado y a una alta velocidad, este encendido regular permitirá saber qué información viene de cada posición del objeto observado. Un fotodetector altamente sensible detectará estas señales, de manera que se pueda transferir una imagen del objeto en tiempo real.

«La base teórica del proyecto ya se había planteado en los años 60, pero para materializar aquellas ideas hacía falta tener microchips, ledes y la capacidad de construir esos objetos a tamaño nanométrico y situarlos de forma ordenada», explica Daniel Prades, miembro del Grupo de Investigación Micronanotecnologías y Nanoscopias para Dispositivos Electrónicos y Electrofotónicos (MIND), que también forma parte del proyecto.

Tecnología para habilitar ciencia nueva

Crear un microscopio de estas características abrirá nuevas vías en la investigación científica, tanto por los avances en la miniaturización tecnológica como por los novedosos efectos físicos que se puedan estudiar para llevar a cabo el proyecto. Además, se trata de una tecnología que, una vez terminada, permitirá «imaginar nuevos experimentos». «Tener un microscopio de este tamaño dará la oportunidad de medir cosas en condiciones que hasta ahora eran imposibles. Se trata de tecnología que habilitará ciencia nueva, ya que permitirá crear nuevos experimentos, como observar lugares donde hasta el momento no podías meter un microscopio óptico», explica Daniel Prades. Las primeras pruebas con el nuevo microscopio se realizarán con muestras celulares de fibrosis pulmonar idiopática (IPF), una patología crónica pulmonar relacionada con la edad que afecta a humanos y causa 0,5 millones de muertes cada año.

http://www.ub.edu



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