La fotocamera più veloce del mondo : cattura immagini a sei milioni di fotogrammi al secondo

Usando un nuovo approccio basato su più di 10 anni di ricerche, gli ingegneri della UCLA Henry Samueli School of Engineering and Applied Science hanno svelato una fotocamera che cattura immagini a 6 milioni di fotogrammi al secondo - che è mille volte più veloce di qualsiasi fotocamera convenzionale esistente. Questa nuova tecnica apre nuove possibilità nella ricerca medica e tra le altre cose, può portare alla cattura di immagini di singole cellule nel sangue che fluisce, aprendo la possibilità di individuare cellule tumorali o altre forme di malattie.

Fotocamera ultraveloce - come funziona

I ricercatori Keisuke Goda, Kevin Tsia ed il team leader Bahram Jalali hanno sviluppato il sistema che cattura ogni foto con un laser ultra corto, che emette un lampo di luce in un miliardesimo di secondo. La tecnica permette di superare la necessità usare un CCD (charge-coupled device) o un CMOS (Complementary Metal-Oxide Semiconductor) sensori utilizzati nelle moderne fotocamere digitali e diversamente da altre immagini ad alta velocità, il metodo, non richiede il raffreddamento della macchina fotografica o una illuminazione ad alta intensità. Una volta catturato, ogni impulso viene convertito in un flusso di dati simile ai dati in una rete in fibra ottica. Gli impulsi laser, ciascuno dei quali trasporta una immagine intera, viengono poi amplificati e contemporaneamente rallentati in tempo utile per consentire la cattura elettronica con un digitalizzatore.

Uno dei problemi con le fotocamere tradizionali è che diventano sempre meno sensibili a via via che la velocità aumenta, in quanto vi è una minore esposizione per la raccolta dei fotoni per ogni  fotogramma. Inoltre, i segnali a queste velocità diventano più deboli e più esposti al rumore. Il nuovo Imager supera questo problema attraverso l'amplificazione ottica.

"La tecnologia del nostro microcopio (STEAM), consente di catturare, in tempo reale, immagini in un frame rate di più di 6 MHz - la fotocamera più veloce del mondo, utile per lo studio dei fenomeni rapidi che si verificano in fisica, chimica e nella biologia ", ha dichiarato il co-autore della ricerca Goda.

Il gruppo ha inizialmente provato la fotocamera in studi sui fenomeni di ablazione laser. Si prevede che questi studi permetteranno una migliore comprensione e ottimizzazione della ablazione laser. Un'altra applicazione medica per cui Jalali ritiene che la fotocamera sia ideale è la tecnica di citometria a flusso, utilizzata nell'analisi del sangue. Gli analisti tradizionali possono contare le cellule e determinare la loro dimensione, ma non possono scattare una loro foto, con una fotocamera tradizionale se non è abbastanza sensibile. Questa nuova tecnica non va a superare solo questo problema, ma apre la possibilità per l'individuazione di singole cellule malate o  tumorali. "La possibilità che una di queste celle possa essere vista in un piccolo campione di sangue è impossibile", ha detto Jalali. "Per trovare queste cellule cattive - aghi nel pagliaio - è necessario analizzare miliardi di cellule, l'intero pagliaio. Uno screening ad altissima velocità delle cellule presenti nel flusso sanguigno è una potenziale soluzione per il rilevamento delle rare cellule anormali."

La ricerca è stata pubblicata  il 30 aprile sul numero di Nature.

Joe Martello