El poder de la súper visión para los análisis de laboratorio

Entre los superpoderes que el universo Marvel nos ha mostrado en sus personajes, como volar, reflejar rayos ultrasónicos o la fuerza sobrenatural hay uno que especialmente muchos investigadores querrían tener: la capacidad de ver más allá de lo que el espectro visible nos muestra, tal como hacía superman al poder observar lo que ocurría tras las paredes, o Iron Man, con su visión de fuentes de calor integrada en el traje.

Descifrar cómo se comporta una muestra, sus características y propiedades, con solo una mirada, aceleraría los procesos de análisis para la generación de nuevo conocimiento. Con tan solo una pequeña porción del material que se quisiera estudiar se podría obtener información necesaria y relevante en investigaciones sobre múltiples temas y áreas, como la medicina, la industria farmacéutica o actividades orientadas a la restauración de obras de arte, entre otras.

Los expertos han diseñado también un tubo de ensayo que logra dar la profundidad necesaria e impedir que la luz la traspase.

Es casi lo que ha logrado un equipo de investigación de la Universidad de Sevilla. Ha desarrollado un método para el análisis de muestras pequeñas con imágenes hiperespectrales, que miden colores imperceptibles por el ojo humano. La técnica es más rápida y eficaz que otros sistemas utilizados para el análisis en el control agroalimentario.

Visión hiperespectral 

El nuevo método, publicado en la revista LWT – Food Science and Technology, se basa en el uso de imágenes hiperespectrales que permiten ver y capturar información en muchos colores, tanto visibles como invisibles para el ojo humano, en forma de longitudes de onda. La cámara hiperespectral ofrece información a través de cientos de canales, no solo el rojo, verde y azul de una cámara convencional. Esto permite extraer muchos más datos de las muestras y relacionarlos con sus características físicas y químicas.

Ya se usa en muchas áreas, desde la monitorización de cultivos o ecosistemas, hasta la supervisión de objetos ocultos en ciencias forenses o arqueología, pero aún es difícil aplicarlo a muestras pequeñas. 

De izquierda a derecha los investigadores de la Universidad de Sevilla Berta Baca Bocanegra, Francisco José Rodríguez Pulido, Julio Nogales Bueno, José Miguel Hernández Hierro y Francisco José Heredia Mira, responsables del estudio.

Sin embargo, el estudio con este tipo de sistemas está limitado a objetos que no dejan traspasar la luz. En ocasiones, no es posible obtener grandes cantidades de un producto para analizarlo. Ahora, los investigadores presentan cómo lograr la información necesaria con tan solo una reducida cantidad de la materia que quieren estudiar, mediante el uso de una cápsula que han creado.

Así, el método desarrollado usa estas técnicas hiperespectrales para sustituir a espectroscopios convencionales, unos dispositivos que necesitan una mayor cantidad de muestra para proporcionar unas medidas adecuadas. Los expertos han diseñado también un tubo de ensayo que logra dar la profundidad necesaria e impedir que la luz la traspase, por lo que solo es necesaria una pequeña cantidad de materia para analizarla. “Podemos compararlo a cuando pones un folio sobre un foco. La luz se filtra. Pero si colocamos un paquete de 100, logramos que no se vea nada. De la misma manera, la cápsula portamuestras que hemos creado consigue que la luz no penetre y que la captura de la imagen ofrezca información exacta de su composición”, indica a la Fundación Descubre el investigador de la Universidad de Sevilla Julio Nogales, autor del artículo.

¿Qué es la luz?

• Es una forma de energía
• Se propaga por medio de ondas electromagnéticas
• Puede viajar a través de diferentes medios materiales
• La reflexión de esas ondas hace que la luz sea visible
• Se traduce, dependiendo de la composición de los objetos, en los colores del arcoiris, que van desde el violeta hasta el rojo
• Hay tipos de luz que el ojo humano no puede alcanzar, como la infrarroja y la ultravioleta, o los rayos X y gamma. 
• Para observarlos, se necesitan dispositivos que sí son capaces de registrarlos. 

Es el caso, por ejemplo, del análisis de la presencia de sangre en las investigaciones forenses con el luminol, una sustancia que activa los restos ante la presencia de luz ultravioleta.

La luz imperceptible que ilumina los resultados

Así, cuando se toma una imagen hiperespectral de cualquier objeto, la fotografía que devuelve es una distribución de energía concreta, que determina qué tipo de compuestos están presentes en la materia que se mide. Cada píxel ofrece información detallada sobre los elementos que la conforman. De esta manera, si se quieren encontrar trazas de cualquier compuesto, como podrían ser hormonas o proteínas en alimentos, esta técnica puede realizar el análisis de una manera sencilla y eficiente, tan solo con una imagen hiperespectral. 

Para resolver el problema de la filtración o refracción de la luz en una muestra pequeña, los expertos diseñaron una cápsula que consiste en un cono, verificando su utilidad con dos equipos hiperespectrales diferentes. Uno de ellos permite medir luz visible y una pequeña porción del espectro infrarrojo. El otro trabaja íntegramente con luz infrarroja. Así, han establecido una profundidad de 1,5 milímetros para muestras en un espectro visible, mientras que son necesarios 4,5 para poder trabajar en el infrarrojo. En el centro del cono se concentra el producto sin que haya traspaso de luz.

Una imagen hiperespectral devuelve una distribución de energía concreta que determina qué tipo de compuestos están presentes en la materia que se mide.

Los expertos han validado el método con el contenido de proteínas en semilla de uvas. De esta manera, han certificado que los resultados obtenidos son exactos y extrapolables a la determinación de la composición de cualquier otro producto o compuesto. 

En muchas circunstancias sería interesante contar con una cámara que detecte las sustancias que se buscan, como en los análisis forenses en busca de sangre o restos de pólvora, en los controles de alcohol o drogas, incluso en las analíticas rutinarias en las que esperamos que el nivel de colesterol sea el adecuado. Quizás pronto los investigadores logren ese superpoder con las técnicas hiperespectrales y tan solo pidan que digamos ‘cheers’ para mostrar en la fotografía lo que se intenta localizar. Por el momento, sigue siendo ciencia ficción, pero cada vez estamos más cerca de lograrlo gracias a investigaciones como ésta.

Más información en #CienciaDirecta: Desarrollan un método para el análisis de muestras pequeñas con imágenes no visibles por el ojo humano