Crean la cámara de video más rápida del mundo

Investigadores de la Escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas Henry Samueli, perteneciente a la Universidad de UCLA, han desarrollado una cámara que capta imágenes miles de veces más rápidamente que cualquier otra cámara de vídeo convencional.

Para observar eventos que ocurren a gran velocidad se necesitan cámaras de vídeo ultrarrápidas y sensibles a la luz. De esta manera, es posible grabar la comunicación entre dos células vivas, la actividad neuronal, una operación quirúrgica con láser o elementos de un análisis de sangre. Se trata de situaciones tan veloces que la cámara ha de ser capaz de captar millones o miles de millones de imágenes continuamente. Las cámaras convencionales no pueden hacer este trabajo, pero la tecnología presentada ahora por los ingenieros de UCLA, sí.

En un artículo publicado en el último número de la revista Nature, Keisuke Goda, Kevin Tsia y el jefe del equipo de ingenieros Bahram Jalali, describen este nuevo sistema cuya principal particularidad es que no necesita elementos tradicionales presentes en las cámaras de video actuales, como el CCD (Dispositivo de Carga Acoplada), un circuito integrado que contiene un número determinado de condensadores enlazados, ni el CMOS (metal óxido semiconductor complementario), que es una de las familias lógicas usadas para la fabricación de chips. Después de una década de investigación para captar eventos “escurridizos”, este equipo ha demostrado que su tecnología puede captar por lo menos seis millones de instantáneas por segundo.

“Lo que se pide de un sistema que capte imágenes de alta velocidad es que sea capaz de ver eventos extraños pero que contienen información importante”, comenta Jalali, el principal investigador de este proyecto, en un comunicado.

Células cancerígenas

Una de las aplicaciones más importantes de la nueva tecnología es para la citometría, una técnica usada habitualmente para los análisis de sangre. Los analistas de sangre pueden contar células y extraer información sobre su tamaño, pero no pueden sacar imágenes de cada célula ya que las cámaras actuales no tienen ni la suficiente velocidad ni la suficiente sensibilidad. Además, sacar imágenes de células es clave para distinguir las células enfermas de las células sanas. Hoy en día, este trabajo se hace manualmente con un microscopio y a partir de una pequeña muestra de sangre.

Pero ¿qué ocurre si se necesita detectar la presencia de células muy extrañas que, aunque pequeñas en número, indican ya los primeros estadios de una enfermedad? Un buen ejemplo son las células tumorales que circulan por la sangre junto a miles de millones de células sanas y que son las precursoras de las metástasis. “La probabilidad de que una de estas células sea detectada en una pequeña muestra de sangre bajo el microscopio es insignificante”, comenta Jalali. “Para encontrarlas se necesitan analizar miles de millones de células”. Esta nueva tecnología de alta velocidad es una posible solución para la detección de estas células raras.

Estirar la imagen

La técnica, llamada Serial Time-Encoded Amplified imaging («Captura de imágenes en serie codificadas en el tiempo y amplificadas»), o STEAM, funciona capturando cada imagen con un pulso láser ultracorto, un flash de luz que dura sólo una mil millonésima parte de segundo. Cada uno de estos pulsos de láser contiene una instantánea completa, que es amplificada y simultáneamente “estirada” en el tiempo hasta el punto que es lo suficientemente lenta como para ser captada por un digitalizador electrónico.

El problema de captar imágenes de este tipo es que la cámara se vuelve cada vez más sensible cuanta más velocidad ha de recoger. Según explican estos ingenieros, es un proceso sencillo de explicar: cuando aumenta el porcentaje de instantáneas que hay que captar, hay menos tiempo para recoger los fotones de cada una de esas instantáneas antes de que la señal se vuelva más débil. El nuevo sistema soluciona este problema porque es la primera que incorpora amplificación de imagen óptica.

Estamos en realidad ante un truco óptico que da como resultado una foto de sólo representa la 440 trillonésima parte de un segundo.

Como hemos comentado previamente, los ingenieros han usado un láser que dispara seis millones de pulsos por segundo, captando de esta manera el mismo número de imágenes. Advierten, sin embargo, que el sistema puede llegar a captar hasta diez millones de imágenes por segundo, a doscientas mil veces más velocidad que una cámara de vídeo convencional.