Atrapan múltiples longitudes de ondas de luz en un solo chip

Científicos norteamericanos han conseguido atrapar múltiples longitudes de ondas de luz en un solo chip, abriendo así nuevas posibilidades a las comunicaciones ópticas. Por el momento, han logrado atrapar las ondas de luz que van desde el rojo al verde, pero el objetivo de estos investigadores es atrapar una longitud de onda más amplia, que abarque del rojo al azul. Quieren atrapar el arco iris entero, según explican. La luz viaja en general muy rápidamente, pero las estructuras que crean la banda ancha pueden reducirla de forma significativa, añaden. "Es como si se pudiera sostener la luz en una mano".

Uno de los retos que la comunidad científica aún no ha logrado superar es detener la luz por completo. Por ello, son muchos los investigadores que estudian los mecanismos que permitan captar ondas de luz y reducir su velocidad o incluso pararla totalmente.

Uno de estos investigadores es el joven ingeniero eléctrico Qiaoqiang Gan, de la Universidad de Buffalo de Nueva York, que trabaja desde hace años en esta línea con el objetivo de reducir las ondas de luz y conseguir así grandes avances en el campo de las comunicaciones ópticas, tal y como recoge este comunicado emitido por dicha universidad.

Junto con Gan, un equipo formado por los ingenieros eléctricos y químicos, Filibert Bertoli, Yongkang Gao, Yujie Ding, Kyle Wagner y Dmitri Vezenov, todos ellos de la Universidad de Lehigh, tratan de demostrar que todas las longitudes de ondas de luz se pueden ralentizar empleando un tipo de materiales que ellos mismos han desarrollado.

Estructuras capaces de frenar la luz

Según el comunicado emitido por la Universidad de Buffalo, la mayoría de los planteamientos anteriores habían señalado que la luz sólo se puede frenar sobre una gama estrecha de longitudes de ondas de luz. Pero Gan y su equipo han dado un paso adelante en este sentido, y mediante el desarrollo de una estructura metálica con ranuras en forma de rejilla han sido capaces de parar o detener las ondas de luz en un rango de longitud de onda muy amplia. De esta forma, han abierto la puerta a la posibilidad de controlar las ondas de luz en un chip.

Este logro, del que se hace eco Eurekalert, había sido previsto antes únicamente por estudios teóricos sobre metamateriales. Los resultados obtenidos resultan prometedores para la mejora del almacenaje de datos, del procesamiento de datos ópticos, de células solares y de sensores biométricos, entre otras tecnologías.

Por el momento, los científicos han logrado atrapar las ondas de luz que van desde el rojo al verde. “Ahora estamos concentrados en atrapar una longitud de onda más amplia, que abarque del rojo al azul. Queremos atrapar el arco iris entero”, avanza Gan.

El arco iris es un fenómeno óptico que presenta, en forma de arco de bandas concéntricas, los siete colores elementales, y que está causado por la refracción o reflexión de la luz solar en el agua pulverizada, generalmente perceptible en la lluvia.

Estos colores a los que se refiere la definición anterior son el rojo, el naranja, el amarillo, el verde, el azul, el añil y el violeta, y son producto de la descomposición de frecuencias de la luz.

Capaces de frenar la luz

Las estructuras desarrolladas por Gan y sus colaboradores en su estudio son capaces de atrapar múltiples longitudes de onda de la luz en un solo chip, mientras que los métodos convencionales sólo pueden atrapar una sola longitud de onda en una longitud de onda estrecha.

"La luz viaja en general muy rápidamente, pero las estructuras que crean la banda ancha pueden reducirla de forma significativa", dice Gan. "Es como si se pudiera sostener la luz en una mano."

En un artículo publicado por la revista PNAS, Gan explica que el objetivo final de sus investigaciones es lograr un gran avance en las comunicaciones ópticas de multiplexado, que es la transmisión de información (en cualquier forma) de más de una fuente a través de un mismo medio. Si estas comunicaciones se pueden producir en múltiples longitudes de onda, y los datos ópticos llegan a ser domesticados en longitudes de onda diferentes, se aumentaría el procesamiento y la capacidad de transmisión.

"Por el momento, el procesamiento de datos con las señales ópticas se ve limitado por la rapidez con que la señal puede ser interpretada", dice Gan. "Si la señal pudiera ser más lenta, se podría procesar más información sin necesidad de sobrecargar el sistema", asegura el investigador.

Chips plasmónicos

Esta ralentización se consigue con estructuras nanoplasmónicas, un tipo de material que actúa como freno ante las ondas de luz.

Gan y sus colegas crearon estas estructuras nanoplasmónicas haciendo surcos a tamaño nanométrico y a diferentes profundidades en superficies metálicas, lo que altera las propiedades de los materiales ópticos, explican los investigadores en PNAS.

Estos chips plasmónicos proporcionan la conexión crítica entre la nanoelectrónica y la fotónica, permitiendo a su vez que estos diferentes tipos de dispositivos se integren.

Las propiedades ópticas de las estructuras nanoplasmónicas permiten, según Gan y su equipo, que diferentes longitudes de onda de la luz puedan ser atrapadas en diferentes posiciones, permitiendo potencialmente el almacenamiento de datos ópticos y mejorando la óptica no lineal.

Además, también encontraron que debido a que las estructuras nanoplasmónicas desarrolladas pueden atrapar resonancias de la luz muy lentas, pueden hacerlo a temperatura ambiente, en lugar de a las temperaturas ultra frías que se requieren en las tecnologías convencionales.

Posibles aplicaciones en biomedicina

Reconocido en 2008 por el Ministerio de Educación del Gobierno chino con el premio a estudiantes sobresalientes auto-financiados en el extranjero y con varias patentes y múltiples artículos científicos publicados en diversas revistas científicas, los intereses de investigación de Gan incluyen la nanofotónica, la plasmónica y la biofotónica.

Durante los últimos tres años, el investigador ha pasado gran parte de su tiempo tratando de controlar el movimiento de ondas de luz mediante el uso de plasmones en superficie de películas de metal nanoestructurada, publica la Universidad de Lehigh.

Qiaoqiang Gan está explorando asimismo las aplicaciones de su trabajo tanto en el ámbito de las comunicaciones como en otros campos de la ciencia. Tanto es así, que está estudiando nuevas estructuras nanoplasmónicas que podrían ser de utilidad para investigar células biológicas y biomoléculas, cuyas aplicaciones se centran en el campo de los biosensores y la biomedicina.

Fuente: tendenciasd21

Utilizan la tecnología LED para tratar el cáncer cervical

Las compañías Sagentia y Photocure, especializadas en la tecnología de fototerapia dinámica, han desarrollado un dispositivo que cura el cáncer cervical en sus estadios iniciales, utilizando sólo una fuente de luz LED y un medicamento en forma de pomada. El dispositivo, bautizado como Cervira, se coloca en la zona afectada durante unas 24 horas, periodo en que la paciente puede seguir con su vida cotidiana. Una vez aplicado el tratamiento, el tejido cancerígeno es eliminado gracias a una reacción propiciada por la luz.

El cáncer cervical es un tipo de cáncer que se desarrolla en el útero. Se estima que es el segundo tipo de cáncer más común en mujeres, y en países en vías de desarrollo es el más frecuente, con un diagnóstico de más de 400.000 nuevos casos cada año.

Ahora, investigadores de la compañía británica Sagentia y de la empresa noruega Photocure han desarrollado un método de tratamiento del cáncer cervical en sus estadios iniciales.

Se trata de un novedoso sistema que utiliza una fuente de luz LED (de diodos semiconductores que emiten luz) para aplicar, en la zona afectada, una pomada de medicamento y la cantidad de luz precisa para que dicho medicamento resulte efectivo.

Eliminar el tejido enfermo

Bautizado como Cervira, este sistema se ha basado en un campo emergente conocido como terapia fotodinámica o PDT, por sus siglas en inglés.

La PDT en una tecnología que se utiliza para erradicar tumores en estadios iniciales, e incluso para reducir el tamaño de tumores en estadios finales, y que implica tres componentes clave: un fotosensibilizador, luz (con una longitud de onda adecuada para el fotosensiblizador) y el oxígeno de los tejidos.

La luz hace que el fotosensibilizador, a su vez, provoque que el oxígeno de los tejidos dañe y acabe con los tejidos expuestos al haz (por ejemplo, con las células cancerígenas).

En el caso de Cervira, la fuente de luz LED se utiliza para atacar de manera específica las células malignas que propician la aparición de cánceres agresivos, preservando al mismo tiempo el tejido sano de la paciente.

Según explica Euan Morrison, director de óptica avanzada y tecnologías lumínicas de Sagentia, haciendo incidir luz LED sobre los tumores se activa una reacción que, con el tiempo, acaba eliminando el tejido enfermo.

En un artículo aparecido en la revista The Engineer, Morrison añade que los investigadores han trabajado muy de cerca con los fabricantes de diodos emisores de luz (LEDs) para asegurar la obtención de fuentes muy específicas de luz en términos de intensidad y longitud de onda.

Cómo funciona

Actualmente, los tratamientos del cáncer cervical en estadios iniciales suelen ser de dos tipos. Por un lado, se puede practicar una supervisión continuada, dado que algunas lesiones en este estadio remiten naturalmente por sí solas.

Por otra parte, también pueden aplicarse la cirugía preventiva o la cauterización por láser. Estas soluciones presentan algunos problemas: los controles continuados suelen causar una ansiedad permanente en las pacientes, mientras que la cirugía puede producir infecciones postquirúrgicas e incluso reducir la fertilidad.

Los científicos esperan superar ambos escollos gracias al sistema Cervira, que funciona de la siguiente forma: En primer lugar, un ginecólogo o un colposcopista colocan el dispositivo en el cuello del útero.

Una sección hueca situada al final del dispositivo mantiene la pomada de medicamento contra esta parte del cuerpo, en la fase inicial de absorción del tratamiento.

Unas horas después de la aplicación del medicamento, la fuente de luz LED integrada en esa misma sección hueca se activa de manera automática, haciendo incidir sobre la zona tratada la dosis necesaria de iluminación, en una longitud de onda correcta.

Segunda fase de pruebas

El dispositivo puede dejarse colocado en el cuello del útero más de 24 horas. Durante este tiempo, las pacientes pueden abandonar el hospital y continuar con sus actividades cotidianas. Finalmente, ellas mismas pueden quitarse el dispositivo Cervira.

Morrison afirma que se ha hecho un enorme esfuerzo en las fases iniciales del proyecto de desarrollo del dispositivo, para conseguir que éste tuviera la forma apropiada y no incomodase a las pacientes.

Los científicos esperan que, a pesar de la generalización de la vacuna contra el cáncer cervical como medida de prevención, Cervira sirva para ayudar a salvar vidas. De momento, el sistema se encuentra en la Fase II de pruebas clínicas en múltiples centros de Estados Unidos y Europa.

Fuente: Tendencias21

Lo opaco se vuelve transparente

Materiales como el papel, la pintura o los tejidos biológicos son opacos porque la luz que pasa a través de ellos se dispersa en formas complejas y aparentemente al azar. Un nuevo experimento realizado por investigadores de la Institución de Educación Superior de Física y Química Industrial de la ciudad de París (ESPCI) ha demostrado que es posible enfocar la luz a través de materiales opacos y detectar objetos ocultos detrás de ellos, siempre y cuando se conozca lo suficiente sobre el material. El estudio ha sido publicado en el último número de la revista Physical Review Letters.

Para lograrlo, los investigadores hicieron pasar la luz a través de una capa de óxido de zinc, que es un componente común de las pinturas blancas. Al estudiar la forma en que el rayo luminoso cambia al encontrarse con el material, fueron capaces de producir un modelo numérico llamado matriz de transmisión, que incluye más de 65.000 números que describen la manera en que la capa de óxido de zinc afecta a la luz.

La experiencia mostró que un material opaco podría servir como un elemento óptico de alta calidad comparable a la de una lente convencional. Además de mirar a través de papel o pintura, e incluso en el interior de las células, la técnica ofrece la posibilidad de que los materiales opacos se conviertan en buenos elementos ópticos para los nano-dispositivos, a niveles donde la construcción de lentes transparentes y otros componentes es especialmente difícil.

Fuente: Muyinteresante.es