Resumen - Imágenes hiperspectrales de Mid-IR con fotones no detectados

Imágenes hiperspectrales de Mid-IR con fotones no detectados

2025-07-10 15:41:51

{"Marlon Placke","Chiara Lindner","Felix Mann","Inna Kviatkovsky","Helen M. Chrzanowski","Hendrik Bartolomaeus","Frank Kühnemann","Sven Ramelow"}

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El artículo de investigación de Marlon Placke y colegas presenta un nuevo método para la imagen hiperespectral de medio infrarrojo (mid-IR) que utiliza fotones no detectados, ofreciendo una herramienta poderosa para la monitorización ambiental y aplicaciones biomédicas. Este enfoque evita las limitaciones de las tecnologías de imagen mid-IR actuales al aprovechar las propiedades inherentes de baja ruido de los procesos cuánticos. El estudio se centra en la región de longitud de onda del mid-IR, que contiene bandas espectrales con firmas de absorción molecular altamente específicas, permitiendo la detección y cuantificación de diversas muestras y sus composiciones. Al mejorar este método espectroscópico con capacidades de imagen, los investigadores pueden lograr diagnósticos automatizados sin necesidad de pasos de etiquetado consumidos y irreversibles en el tiempo. Para desarrollar esta técnica novel, los investigadores construyeron un interferometro no lineal de concepto en una configuración de imagen de campo amplio. Esta configuración utiliza la adquisición de espectros de alta resolución mediante espectroscopía de transformada cuántica infrarroja pixel a pixel, permitiendo la resolución simultánea de 3500 modos espaciales con una resolución espectral de 10 cm−1 en un amplio rango de 2300-3100 cm−1. La adquisición de imágenes se realiza utilizando una cámara sCMOS de megapíxeles comercial, mientras que un láser de bombeo de continua y compacto de media potencia actúa como la única fuente de luz necesaria. Los investigadores demuestran la factibilidad de esta nueva técnica de imagen hiperespectral aplicándola a tareas de detección de microplásticos y bio-imágenes. Muestran que el método puede alcanzar una velocidad moderada de 360 voxel/s, resultando en una relación señal-ruido (SNR) de 50, que es predominantemente influenciada por el ruido de disparo. Esto indica que la técnica es adecuada para diversas aplicaciones que requieren análisis sin etiquetado compactos y económicos. En la introducción, los autores discuten la importancia de la espectroscopia vibracional en diversas tareas analíticas y las limitaciones de las tecnologías de imagen mid-IR actuales. Luego introducen el concepto de detección cuántica con fotones no detectados como una alternativa para desacoplar la longitud de onda de detección de la de la sonda. Se describe en detalle la configuración experimental, incluyendo el uso de un interferometro no lineal en configuración SU(1,1), un cristal de fosfato de potasio titanilo periódicamente poled (ppKTP) como fuente de fotones entrelazados espectralmente y espacialmente, y una cámara CMOS científica para detección. La sección de resultados presenta el rendimiento de imagen, la caracterización de la adquisición espectral y las aplicaciones de la técnica en identificación de películas poliméricas, anotación de microplásticos y análisis de tejido hepático de ratón. El estudio demuestra el potencial de la nueva técnica de imagen hiperespectral de mid-IR para diversas aplicaciones, incluyendo la monitorización ambiental y la diagnósticos biomédicos. Al aprovechar las propiedades de baja ruido de los procesos cuánticos y las capacidades de alta resolución de la configuración, esta técnica ofrece una alternativa prometedora a las tecnologías de imagen mid-IR actuales.