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FEMTODISOR: Harnessing Disorder in Femtosecond Science for Biophotonics Applications

FEMTODISOR: Harnessing Disorder in Femtosecond Science for Biophotonics Applications
Área de investigación: Óptica
Estado: En progreso
Líderes del proyecto:
Colaboradores:
Inicio propuesto: 01/01/2015
Límite propuesto: 31/12/2016
Financiado por: Ministerio de Ciencia e Innovación
Descripción:

La luz es una herramienta insustituible para el estudio de los sistemas vivos. Las aplicaciones de la fotónica en la ciencia biomédica abarcan desde la investigación de los procesos que ocurren en el organismo a nivel molecular hasta el tratamiento clínico de pacientes. Uno de los mayores desafios que debe abordarse para el avance de esta tecnología es el control sobre la propagación del campo electromagnético a través del material biológico. Las sustancias que forman los diferentes órganos y tejidos presentan un alto grado de desorden, provocando la deflexión de los fotones de su trayectoría balística. La luz no puede atravesar directamente el tejido y la probabilidad que pueda alcanzar una muestra localizada varios milímetros por debajo de su superficie es casi nula.

Los láseres de femtosegundo son un instrumento clave para conseguir este objetivo. La energía, comprimida en una ventana temporal tan corta, proporciona intensidades ópticas que posibilitan interacciones de la luz con la materia sin precedente. En muchos casos, la naturaleza no lineal de la interacción es fundamental para el diseño de la aplicación. Por ejemplo, la microscopía multifotón ha sido señalada como la tecnología que permitirá dilucidar el funcionamiento del cerebro y entender mejor enfermedades como el Alzheimer o el Parkinson. La filamentación óptica es un fenómeno no lineal cuyos beneficios en radioterapia han sido señalados en el último año. También en este caso, el mayor desafío para su aplicación práctica es eliminar el esparcimiento o “scattering” de los fotones.

Recientemente han irrumpido diferentes métodos basados en el microestructurado de la luz con moduladores espaciales de radiación para manipular la radiación en el interior de medios difusores. Esta tecnología, diseñada originalmente para dispositivos de proyección en electrónica de consumo, permite modificar localmente, con precisión micrométrica, el campo óptico y, de esta forma, controlar su propagación, incluso en medios turbios como el material biológico. Sin embargo, el conocimiento actual es insuficiente para alcanzar regiones del interior del tejido más allá de unos pocos milímetros de profundidad o para caracterizar fenómenos dinámicos, que requieren capturar imágenes con una velocidad superior al milisegundo.

Durante la ejecución de este proyecto perseguiremos romper las anteriores fronteras, excitando y monitorizando fenómenos ópticos ultrarrápidos no lineales en el interior de medios desordenados, mediante la manipulación de los pulsos de luz, a profundidad sin precedente. En particular, pretendemos:

• Comprender la física de la óptica ultrarrápida no lineal a través de medios desordenados, incluso en el caso dinámico.

• Proporcionar el conocimiento y la tecnología necesarios para abordar el control de la radiación de femtosegundo a través de medios difusores y fibras multimodo, como las usadas en endoscopía.

• Desarrollar nuevas aplicaciones de la fotónica del “scattering” con fin terapéutico y de imagen médica, con profundidades de penetración en el tejido biológico sin precedente.

• Estimular aplicaciones en el campo de la generación de nanopartículas por medio de ablación láser de femtosegundo en líquidos, mejorando las tasas de producción de nanopartículas.

Con este proyecto se persigue impulsar la actividad del grupo (https://sites.google.com/a/uji.es/photonics-uji/) en el desarrollo de tecnologías estratégicas en la “hoja de ruta de la fotónica europea Horizonte 2020".

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