Um dispositivo descrito como o menor detector de ultrassom do mundo foi criado por Vasilis Ntziachristos e colegas da Universidade Técnica de Munique e Helmholtz Zentrum München. O dispositivo extremamente sensível pode criar imagens de estruturas menores do que células vivas individuais e é feito usando tecnologia de silício sobre isolante barata e facilmente disponível. Com mais otimização, a equipe diz que seu detector pode ser produzido em massa para uso em uma ampla gama de aplicações de imagem.
Tradicionalmente, os detectores de ultrassom usam transdutores piezoelétricos para transmitir sons de alta frequência e também captar o som que foi refletido de objetos alvo – usando o sinal refletido para criar uma imagem. A resolução espacial de uma imagem de ultrassom pode ser melhorada diminuindo o tamanho dos transdutores, mas isso pode diminuir drasticamente a sensibilidade do sistema.
Recentemente, técnicas de detecção óptica têm sido usadas para contornar esse problema de resolução. Uma abordagem tem sido detectar mudanças nas propriedades ressonantes de uma cavidade óptica que são causadas por ondas de ultrassom. Mas até agora, mesmo as técnicas de miniaturização mais avançadas não conseguiram confinar a luz em dimensões menores do que cerca de 50 mícrons, colocando uma restrição na resolução que pode ser alcançada.
Tecnologia de silício sobre isolante
A equipe de Ntziachristos aprimorou esses projetos usando a tecnologia de silício sobre isolante, que pode ser fabricada por meio de técnicas amplamente utilizadas na indústria de semicondutores. Os pesquisadores desenvolveram um “detector etalon de guia de onda de silício” (SWED). O guia de ondas está contido em um arranjo periódico de grades de Bragg, cada uma separada por espaçadores; mas com uma grade substituída por uma cavidade. Uma camada reflexiva de prata é então depositada na extremidade do guia de ondas.
Quando Ntziachristos e seus colegas bombearam um laser de onda contínua no SWED, eles descobriram que as ondas de ultrassom incidentes podem induzir variações de intensidade característica na luz refletida na camada de prata. Além disso, o alto contraste entre o revestimento e o material da cavidade permitiu um confinamento de luz muito melhor do que o obtido anteriormente.
Com uma área de detecção de 220 × 500 nm de largura, o SWED é um fator 10 menor que o diâmetro de uma célula sanguínea; e 10.000 vezes menor do que os sensores baseados em ressonador anteriores. A resolução espacial resultante tornou possível para a equipe de Ntziachristos imagens de estruturas 50 vezes menores do que o comprimento de onda do ultrassom usado para obter as imagens – um recurso chamado de imagem de super-resolução. Ao mesmo tempo, o SWED é 1000 vezes mais sensível do que os dispositivos ópticos atuais; e cerca de 100 milhões de vezes mais sensível do que os detectores piezoelétricos do mesmo tamanho.
Uma melhoria tão significativa na sensibilidade e resolução significa que o SWED pode caber em um chip de apenas meio mícron de tamanho. Isso abre uma grande variedade de oportunidades para melhorias em imagens médicas e industriais. Com mais otimização, o dispositivo poderá em breve ser integrado a matrizes de ultra-som extremamente densas e produzidas em massa, capazes de detectar detalhes ultrafinos em materiais e tecidos biológicos. Também poderia ser usado para estudar as propriedades fundamentais das ondas sonoras de alta frequência e suas interações em pequena escala com a matéria.
Publicado em 07/10/2020 22h48
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