Domesticar el terahercio

Justo cuando apareció la tecnología de rayos X en la década de 1890, que permitía a los médicos mirar debajo de la carne para ver huesos y órganos, ahora está surgiendo otra tecnología de imágenes prometedora a partir de una parte infrautilizada del espectro electromagnético: las frecuencias de terahercios. Estos llamados rayos T pueden, como los rayos X, ver a través de la mayoría de los materiales. Pero se cree que los rayos T son menos dañinos que los rayos X. Y los diferentes compuestos responden a la radiación de terahercios de manera diferente, lo que significa que un sistema de imágenes basado en terahercios puede discernir la composición química de un objeto oculto. Gracias a este poder, las imágenes de terahercios son cada vez más calientes, dice Xi-Cheng Zhang, un pionero de los terahercios en el Instituto Politécnico Rensselaer. Las aplicaciones potenciales van desde la detección de tumores hasta la búsqueda de explosivos plásticos. Y dado que los rayos T penetran el papel y la ropa, una cámara de terahercios podría detectar armas ocultas.

Las frecuencias de terahercios son difíciles de producir y detectar. Son más altas que las microondas pero más bajas que la luz infrarroja. Nunca está seguro de si usar tecnología basada en electrónica o en óptica, dice Martyn Chamberlain de la Universidad de Leeds en Inglaterra, un investigador líder en terahercios. Las fuentes de terahercios ahora en el mercado tienden a emitir muchas frecuencias a la vez, lo que limita su utilidad. Sin embargo, durante el año pasado, varios proyectos de investigación lograron avances sustanciales en el desarrollo de dispositivos que producen rayos T dentro de una banda de frecuencia estrecha, un requisito para la detección química precisa y la obtención de imágenes médicas.

Esta historia fue parte de nuestro número de junio de 2003

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Uno de esos sistemas, fabricado por Brattleboro, Vermont Photonics, con sede en VT, funciona enviando un haz de electrones a través de la superficie microscópicamente ondulada de un conductor, como el aluminio; el rayo hace que los electrones en el conductor se muevan hacia arriba y hacia abajo en las ondulaciones, un movimiento que sacude los rayos t sueltos. Cambiar la energía del haz de electrones también cambia la frecuencia de terahercios generada, dice el cofundador de Vermont Photonics, Michael Mross. La compañía apunta su instrumento principalmente a la observación de interacciones que involucran biomoléculas para aplicaciones como el descubrimiento de fármacos. Otro enfoque es algo llamado láser de cascada cuántica, una ingeniosa ingeniería de semiconductores que se utiliza para producir luz infrarroja. Mover la tecnología al rango de terahercios requiere un control exquisitamente preciso sobre los materiales. El año pasado, Qin Hu, un ingeniero eléctrico del MIT, demostró un láser de cascada cuántica que produce un rayo continuo de terahercios a una frecuencia bien definida.

Una caries se muestra claramente como una región rosada en la imagen de terahercios de un diente (derecha). (Imagen cortesía de Teraview)

La aplicación más a corto plazo de la tecnología de terahercios está en las imágenes médicas. En un esfuerzo ambicioso, TeraView, una startup con sede en Cambridge, Inglaterra, ha utilizado imágenes de terahercios para detectar cánceres de piel que eluden otras tecnologías de imágenes, en particular, tumores que se forman de manera invisible debajo de la superficie de la piel. Los rayos T también podrían identificar materiales biológicos desconocidos, ya que las biomoléculas vibran naturalmente a frecuencias de terahercios, y cada una tiene una huella dactilar de terahercios distinta. En otras palabras, las proteínas específicas absorben ciertas frecuencias características de los rayos T, que cambian su disposición molecular o conformación; Los sensores pueden luego monitorear esta absorción para indicar la identidad de la proteína. La vida es un proceso de terahercios, dice Chamberlain. Una aplicación potencial es la identificación automatizada de agentes de guerra biológica, como el ántrax. Otro es un sensor químico de rayos T, que aprovecharía el hecho de que otras moléculas grandes, como los polímeros, también responden a las ondas de terahercios de forma característica. Una cámara de terahercios construida por QinetiQ de Farnborough, Inglaterra, toma imágenes inquietantemente invasivas de personas a través de su ropa.

Pero la interacción de los rayos T con las proteínas plantea la cuestión de cuán segura es la exposición humana. La Unión Europea patrocina un programa, llamado Puente de Terahercios, para estudiar precisamente eso. Los resultados preliminares han sido alentadores; Los investigadores no han visto evidencia de daño tisular irreversible similar a los rayos X de las dosis de rayos T que se utilizarían para obtener imágenes corporales. Hasta ahora, es seguro, dice Gian Piero Gallerano, coordinador de Terahertz Bridge.

Mientras que los científicos pasan por contorsiones para producir rayos T, la naturaleza lo tiene mucho más fácil. La radiación de terahercios continúa propagándose por el espacio desde su origen en el Big Bang. Chamberlain dice: El universo está lleno de estas cosas. En poco tiempo, los humanos pueden comenzar a ponerlo en práctica.

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