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El descubrimiento de 'black metal' podría avanzar en el uso de rayos T para el escaneo médico

Médico

Darren Quick

10 de diciembre de 2009

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Titanio negro creado por una explosión de láser de femtosegundo (Foto: Richard Baker, Universidad de Rochester)

El científico Chunlei Guo descubrió una forma de cambiar la superficie de una variedad de metales, por lo que absorbieron virtualmente toda la luz mediante el uso de luz láser intensa a fines de 2006. Siguió su descubrimiento del "metal negro" en 2008 descubriendo cómo usar el mismo proceso básico para alterar las propiedades de la superficie para convertir metales una variedad de colores. Ahora Guo y sus colegas de la Universidad de Rochester han descubierto que los metales negros alterados pueden detectar la radiación electromagnética con frecuencias en el rango de terahertz, también conocidas como rayos T, que tienen potencial en aplicaciones de escaneo médico y científico, así como escáneres de seguridad.

Con longitudes de onda más cortas que las microondas, pero más largas que los rayos infrarrojos, los rayos T ocupan un lugar en el espectro electromagnético capaz de excitar los estados de rotación y vibración de compuestos orgánicos, como los patógenos. Esta calidad podría permitir a los médicos e investigadores biomédicos obtener vislumbres de enfermedades previamente imposibles a nivel molecular. Además, a diferencia de los rayos X, los rayos T no son ionizantes, lo que significa que las personas que están expuestas a ellos no se arriesgan al posible daño tisular que pueden resultar de los rayos X.

Para crear el metal negro absorbente de rayos T, Guo expone el metal a un haz de pulsos de láser ultra breves y ultra intensos llamados pulsos de láser de femtosegundo. La ráfaga de láser dura menos de una quadrillionth de segundo. Para comprender este tipo de velocidad, considere que un femtosegundo es a un segundo lo que un segundo es a unos 32 millones de años.

Durante su breve estallido, el láser de Guo libera tanta potencia como toda la red de Norteamérica en un lugar del tamaño de una punta de aguja. A pesar de esto, el láser de femtosegundo puede ser alimentado por un enchufe de pared regular. Esa explosión intensa obliga a la superficie del metal a sufrir algunos cambios dramáticos que crean nanoestructuras que los hacen extremadamente eficientes para absorber la radiación de terahertz.

El profesor de bioingeniería de la Universidad de California, Berkeley, Thomas Budinger, dice que la radiación de terahertz es como un radar de frecuencia mucho más alta, excepto que teóricamente puede permitir a sus usuarios ver detalles complejos de la arquitectura tisular, en la escala de una milésima de milímetro y más pequeña, en lugar de objetos grandes como aviones y barcos.

"La radiación electromagnética de Terahertz tiene la capacidad de interrogar tejidos a nivel celular. Si se aplica dentro de las micras del sujeto de interés, esta forma de imagen tiene la capacidad teórica de detectar propiedades de ensamblajes moleculares que podrían ser atributos de estados de enfermedad". Dijo Budinger.

Aunque desde hace algún tiempo se conoce el potencial de los rayos T en las áreas de imágenes médicas, escaneo de seguridad e imágenes científicas, siguen siendo muy difíciles de detectar porque los materiales típicos no absorben fácilmente esa frecuencia. Sin embargo, después de someterse a la técnica de Guo, los metales se vuelven 30 veces más absorbentes.

"Cuando los metales se volvieron negros, supimos que se volvieron altamente absorbentes en el rango de longitud de onda visible porque los metales alterados aparecen en un tono negro en el ojo. Aquí, experimentamos experimentalmente que la absorción mejorada se extiende bien en el infrarrojo lejano y las frecuencias de terahertz, "Dijo Guo.

Tan prometedor como el sonido de los rayos T, todavía hay algunas preguntas que deben responderse con respecto a su seguridad. Aunque los fotones de terahercios no son lo suficientemente energéticos como para romper enlaces químicos o ionizar átomos o moléculas, que son las razones principales por las que los rayos X y los rayos UV son tan dañinos, pueden dañarnos de otras maneras.

Una investigación reciente realizada por Boian Alexandrov y sus colegas del Centro de Estudios No Lineales en el Laboratorio Nacional de Los Álamos en Nuevo México, que analiza cómo los campos de terahertz interactúan con el ADN de doble cadena, ha indicado que podrían interferir significativamente con procesos como la expresión génica y la replicación del ADN. Alexandrov dice que aunque las fuerzas generadas son pequeñas, los efectos resonantes permiten que las ondas de terahertz "descompriman" el ADN de doble cadena, creando burbujas en la doble cadena.

Los rayos T están presentes de forma natural en nuestro entorno, al igual que los rayos UV y la luz infrarroja, pero si nuestra exposición a ellos se incrementa dramáticamente a través de tecnologías emergentes, como el Black Metal de Guo, entonces vale la pena descubrir cómo mucha exposición es demasiado antes de que los rayos T se utilicen ampliamente en hospitales y aeropuertos.

Vía Universidad de Rochester y Technology Review.

Titanio negro creado por una explosión de láser de femtosegundo (Foto: Richard Baker, Universidad de Rochester)

Guo en su laboratorio en el Instituto de Óptica de la Universidad de Rochester (Foto: Richard Baker, Universidad de Rochester)

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