Video en cámara lenta muestra moléculas

Científicos japoneses han capturado fascinantes videos en cámara lenta de moléculas individuales en movimiento a 1,600 cuadros por segundo.

El hallazgo, a cargo del equipo de la Universidad de Tokio (UT) sostiene que esta hazaña supera el récord de fotogramas por segundo anteriores para este tipo de experimento en más de cien veces.

Cuanto mayor es la resolución temporal de una cámara, en otras palabras, más cuadros captura un dispositivo por lo tanto más claro se vuelve el movimiento de las moléculas.

Durante la última década, los investigadores han podido capturar videos de eventos a escala atómica de hasta aproximadamente 16 cuadros por segundo. Comparando, las películas que se muestran en los cines generalmente se muestran a 24 o 30 fotogramas (frames per second fps) por segundo.

Los científicos de UT utilizaron un nuevo método que combina un potente microscopio electrónico con una cámara altamente sensible y técnicas avanzadas de procesamiento de imágenes para capturar video de las moléculas a 1,600 cuadros por segundo, según un estudio publicado en la revista Bulletin of the Chemical Society of Japan.

Los microscopios electrónicos usan haces de electrones acelerados (partículas subatómicas cargadas negativamente) para investigar objetos pequeños que son demasiado pequeños para que los microscopios comunes los revelen, como microorganismos y moléculas grandes.

En este sentido, se puede decir que los microscopios electrónicos tienen una “resolución espacial” muy alta porque son capaces de ver detalles muy minuciosos. De hecho, el microscopio utilizado en el estudio es capaz de resolver objetos de menos de una diez billonésima parte de un metro.

“Anteriormente, capturamos con éxito eventos a escala atómica en tiempo real“, dijo Eiichi Nakamura, autor del estudio de UT, en un comunicado.

“Nuestro microscopio electrónico de transmisión (TEM) ofrece una resolución espacial increíble, pero para ver bien los detalles de eventos físicos y químicos a pequeña escala, también se necesita una alta resolución temporal. Es por eso que buscamos una técnica de captura de imágenes que sea mucho más rápida que los experimentos anteriores , para que podamos ralentizar la reproducción de los eventos y verlos de una manera completamente nueva”, agregó Nakamura.

“Para capturar altos fps, necesita un sensor de imágenes con alta sensibilidad, y una mayor sensibilidad trae consigo un alto grado de ruido visual. Este es un hecho inevitable de la ingeniería electrónica”, dijo Koji Harano, otro autor del estudio de UT.

“Para compensar este ruido y lograr una mayor claridad, utilizamos una técnica de procesamiento de imágenes llamada eliminación de ruido de variación total de Chambolle. Puede que no se dé cuenta, pero probablemente haya visto este algoritmo en acción, ya que se usa ampliamente para mejorar la calidad de imagen de los videos web“, añadió.

Los investigadores probaron su técnica experimental en nanotubos de carbono vibrantes, tubos minúsculos hechos de carbono con diámetros típicamente medidos en nanómetros, que contienen átomos de carbono complejos conocidos como fullerenos.

Los fullerenos, o “buckyballs”, son esferas huecas de átomos de carbono, que están conectadas en una red de pentágonos y hexágonos que se asemejan al patrón visto en la estructura de algunos balones de fútbol. Este grupo de moléculas toma su nombre del miembro más conocido “Buckminsterfullerene”, que contiene 60 átomos de carbono y lleva el mismo nombre del famoso arquitecto estadounidense Buckminster Fuller, a quien se le atribuye la popularización de la estructura del domo geodésico.