Mejora tecnología de ultrasonido con nanobarras de oro encerradas en polímero

La tecnología de ultrasonido podrá mejorarse pronto significativamente lo que le permitiría generar imágenes de alta resolución y alta calidad, debido al desarrollo de un nuevo material clave.

El material, que convierte las ondas de ultrasonido en señales ópticas que se pueden usar para producir una imagen, es el resultado de un esfuerzo colaborativo del Prof. Vladislav Yakovlev, un profesor en el departamento de ingeniería biomédica de la Universidad de Texas A&M (College Station, EUA), e investigadores del King’s College de Londres (Reino Unido ), La Universidad de la Reina en Belfast (Irlanda), y la Universidad de Massachusetts Lowell (EUA). Los resultados de su estudio aparecen en la edición del 1 de Marzo de 2013 de la revista Advanced Materials.

La sustancia modificada, conocida como un “metamaterial,” ofrece ventajas sustanciales sobre la tecnología tradicional de ultrasonido, que genera imágenes transformando las ondas de ultrasonido en señales eléctricas, explicó el Prof. Yakovlev. Aunque esa tecnología ha mejorado con los años, similar a la mejora en las imágenes de los sonogramas, está principalmente restringida por el ancho de banda y las limitaciones de sensibilidad, anotó. Esas limitaciones, añadió, han sido el obstáculo principal cuando se van a producir imágenes de alta calidad que puedan servir como herramientas diagnósticas poderosas.

El metamaterial desarrollado por el Prof. Yakovlev y sus colegas no está sujeto a esas limitaciones, principalmente porque convierte las ondas de ultrasonido en señales ópticas en vez de eléctricas. El procesamiento óptico de la señal no limita la banda ancha o la sensibilidad del transductor (convertidor), que es vital para generar imágenes muy detalladas, dijo el Prof. Yakovlev. “Una banda ancha alta permite tomar la muestras del cambio de distancia de las ondas acústicas con una precisión alta”, anotó el Prof. Yakovlev. “Esto se traduce en una imagen que muestra mayor detalle. La sensibilidad mayor le permite ver más profundo en el tejido, sugiriendo que tenemos el potencial para generar imágenes que pueden no haber sido posibles con la tecnología del ultrasonido convencional”.

Lo que significa esto es que este material nuevo puede permitir que los dispositivos de ultrasonido vean lo que aún no han podido ver. El avance puede mejorar significativamente una tecnología que se usa en varias aplicaciones biomédicas. Además de ser usado para visualizar los fetos durante el cuidado regular y de urgencias, el ultrasonido se usa para propósitos diagnósticos en eventos de trauma y aun como un medio de descomponer el tejido y acelerar los efectos de las terapias de medicamentos.

Aunque esta investigación aún no está lista para la incorporación en la tecnología de ultrasonido, ha mostrado efectivamente cómo la tecnología convencional puede ser sustancialmente mejorada usando el material de ingeniería recientemente construido creado por su equipo, reportó el Prof. Yakovlev. La sustancia está compuesta de nanobarras de oro integradas en un polímero llamado un polipirrol. Una señal óptica es enviada a este compuesto donde interactúa con y es cambiada en ondas de ultrasonido antes de pasar a través del material. Un dispositivo de detección luego lee la señal óptica cambiada, analizando los cambios en sus características ópticas para procesar una imagen de resolución más alta.

“Desarrollamos un material que permite el procesamiento de la señal óptica del ultrasonido”, concluyó el Prof. Yakovlev. “No existe nada como este material en la naturaleza así que construimos un material que suministrara las propiedades que necesitábamos. Tiene sensibilidad mayor y ancho de banda más amplio. Podemos ir de 0–150 MHz sin sacrificar la sensibilidad. La tecnología actual típicamente experimenta una disminución sustancial en la sensibilidad alrededor de 50 MHz. Este metamaterial puede convertir eficazmente una onda acústica en una señal óptica sin restringir el ancho de banda del transductor, y su potencial en aplicaciones médicas representa la primera implementación práctica de este metamaterial.”

Enlaces relacionados:

Texas A&M University

King’s College London

Queen’s University Belfast

University of Massachusetts Lowell