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Quantum Optics Tools for Biomedical Imaging

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Luz cuántica para captación de imágenes biomédicas

Los fotones entrelazados con energía de banda ancha son una fuente prometedora de luz cuántica para aportar más información sobre la estructura y la dinámica de los procesos celulares. Un grupo de científicos financiado por la Unión Europea ha utilizado esta fuente en una técnica de captación de imágenes de fluorescencia.

Salud

La microscopia de excitación de dos fotones es una de las herramientas más potentes de captación de imágenes biológicas y permite captar imágenes estructurales y funcionales de muestras biológicas en tres dimensiones. Esta técnica de captación de imágenes utiliza el proceso de absorción de dos fotones (TPA), en el cual dos fotones no correlacionados interactúan con las células vivas. Debido a la baja intensidad de las interacciones, la TPA requiere grandes intensidades de luz que pueden dañar las células y los tejidos sensibles. Para superar este inconveniente, el proyecto QUANTUM4BIO (Quantum optics tools for biomedical imaging), financiado por la Unión Europea, utilizó fotones entrelazados generados mediante la conversión paramétrica espontánea a la baja (SPDC) con el fin de estudiar la TPA con fotones entrelazados. La correlación energía-tiempo de pares de fotones entrelazados aumenta la eficiencia de la absorción en muchos órdenes de magnitud. Los investigadores diseñaron y montaron con éxito una fuente de banda ancha de fotones correlacionados basada en SPDC, con potencia óptica de hasta 0,2 microvatios y un tiempo de coherencia de aproximadamente 18 femtosegundos. Con estas nuevas fuentes de luz, estudiaron la excitación con dos fotones de distintas moléculas fluorescentes en condiciones diferentes. QUANTUM4BIO también trabajó para construir otra fuente basada en SPDC con el fin de estudiar la interacción de fotones individuales de la fuente con moléculas biológicas. La generación y detección eficientes de luz SPDC entrelazada en energía-tiempo ofrece la oportunidad de definir los estados de Fock, que son estados cuánticos con un número bien definido de partículas. A diferencia de los estados cuánticos de la luz láser clásica, los estados de Fock arrojan luz sobre el tiempo y los mecanismos de interacción exactos en moléculas biológicas sensibles a la luz. Combinando la óptica cuántica y la microscopia de fluorescencia de dos fotones, QUANTUM4BIO ha allanado el camino hacia nuevas formas de captación de imágenes biológicas basadas en el entrelazamiento y herramientas para espectroscopia. Las fuentes de fotones entrelazados permitieron identificar moléculas ideales que se pueden usar como marcadores y proteínas fluorescentes en muestras biológicas.

Palabras clave

Luz cuántica, captación de imágenes biomédicas, fotones entrelazados, captación de imágenes de fluorescencia, excitación de dos fotones

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