NeoFronteras

Imágenes de microscopia electrónica y obtenidas con el nuevo sistema de las microletras N y O. Foto: UC Berkeley.

Dos equipos de investigadores crean independientemente las primeras superlentes hechas de metamateriales con índice de refracción negativo y las aplican a la microscopía. A diferencia de las lentes convencionales estas superlentes proporcionan imágenes sin límite de resolución y podrán un día proveernos de imágenes ópticas de proteínas, virus y ADN.
Independientemente de la calidad de fabricaciones de las lentes convencionales hay un límite físico de resolución al cual no pueden llegar debido a la difracción, y que depende de la longitud de onda que estemos empleando. Es lo que se conoce como el límite de difracción. De este modo con un microscopio convencional no se pueden ver objetos menores que la longitud de onda de la luz empleada, por eso los virus no son visibles a los microscopios ópticos, teniéndose que emplear microscopios electrónicos.
Pero este límite puede sobrepasarse si se recolectan las ondas evanescentes que existen en la superficie de los objetos. Estas ondas pueden resolver detalles más pequeños que su propia longitud de onda, pero decaen fuertemente con la distancia a la superficie y las lentes normales no las pueden captar.
El decaimiento de estas ondas evanescentes puede resolverse mediante su amplificación con un material de índice de refracción negativo (en estos materiales un haz de luz se refracta en dirección contraria a la habitual). En teoría un lente de este tipo podría atrapar las ondas evanescentes, transmitirlas y convertirlas en ondas que propagasen lo suficientemente lejos como para ser capturadas por una lente convencional. Lo malo es que en la naturaleza no existen materiales con índice de refracción negativo.
Ahora dos grupos distintos han conseguido crear superlentes que convierten las ondas evanescentes en ondas de propagación. El primero equipo es de la Universidad de Maryland y está dirigido por Igor Smolyanivov. Su superlente consiste en anillos concéntricos de polímero depositados sobre una película de oro. El segundo equipo, liderado por Xiang Zhang, es de la Universidad de Berkeley y su superlente consiste en un apilamiento de 35 capas curvadas de plata y óxido de aluminio sobre un substrato de cuarzo.

Esquema de la superlente desarrollada por el grupo de Xiang Zhang de la Universidad de Berkeley. Foto: UC Berkeley.

Estas estructuras artificiales permiten recrear la propiedad exótica del índice de refracción negativo. Aunque se habían creado superlentes con anterioridad esta es la primera vez que se ha podido captar imágenes más allá del límite de difracción. En el primer caso han alcanzado una resolución de 70 nm y en el segundo una de 130 nm. La luz visible tiene una longitud de onda comprendida entre 400 y 700 nm aproximadamente.
De momento ambos dispositivos logran visualizar objetos embebidos en el sistema, pero en un microscopio práctico real bastaría con situar el sistema justo encima de la muestra a observar.
El precio a pagar es la gran reducción de la profundidad de campo que exige un enfoque casi perfecto. Esto haría muy difícil localizar la muestra a estudiar, que podría estar justo debajo, pero fuera de foco.
En todo caso dentro de poco podremos ver virus con luz, algo que hasta hace un tiempo era impensable.

Fuentes y referencias:
Universidad de Berkeley.
Universidad de Maryland.
Science 315 1699
Science 315 1686