Bistua: Revista de la Facultad de Ciencias Básicas

 Artículo Completo

Abstract:
The confocal scanning technique is attractive in various microscopic imaging applications because of its capabilities for superior resolution, rejection of scattered light and depth discrimination. This method drew special interest in applications such as imaging biological samples and semiconductor materials, in which high definition in both transverse and longitudinal dimensions is required. In this technique, the optical sectioning or depth discrimination property has become the main motivation for using confocal microscopes. In the classic confocal systems, the height of each point of the surface is measured by the z-location of the sample along the optical axis that leads to the maximum detected intensity. Among the various existing systems, we distinguish the systems where all points of the surface in parallel are treated and the system where the surface is measured point by point. In this work, the confocal microscopy principle Pág. 2 de 9 based on longitudinal chromatic aberration fenomenon is presented. As particular application, a miniaturized probe of chromatic confocal microscopy to measure the optical thickness and topography of human corneas is presented. One of the main motivations for the development of this chromatic confocal microscopy device, is associated with the need to measure by mean of fast optical methods, the central thickness of the human corneas removal from a deceased donor. The results presented in this work correspond to pretesting seeking to assess the metrological capabilities of a chromatic confocal system. The human corneas used in this research were obtained from corneas bank of the Hôpital Universitaire Saint Jacques de Besançon, France. Some corneas were discarded for the realization of implants by the number of living cells per square millimeter and the percentage change in its thickness. The experimental model is based on the principle of focus multiplexing by wavelength encoding due to a phase Fresnel lens. The device is composed of a point polychromatic illumination system, a wavelength-height codification system of confocal microscopy and a spectral detection system. The illumination system has a broad and continuum spectrum and it is constituted by the combination of a high energy pulsed laser and an airsilica microstructured optical fiber. The first two systems form a wavelengths segment on the device output. The coding of the optical thickness and the topography is based in the detection of the most intense spectral components coming from the interphases of the organic membranes. The measurement sensitivity is related with the width of the spectral response, which depends on the resolving power of the dispersive element and the detection system. The experimental results and a briefly discussion of the resolution criterion and the perspectives of the work are provided.

Resumen:
La técnica de exploración confocal es atractiva en varias aplicaciones de formación de imágenes de microscopía, debido a la capacidad de mejorar la resolución, la recolección de luz dispersada y la discriminación en profundidad. Éste método tiene especial interés en aplicaciones tales como: formación de imágenes de muestras biológicas y materiales semiconductores, donde se requiere una alta definición transversal y longitudinal. En ésta técnica, el seccionamiento óptico o propiedad de discriminación en profundidad ha llegado a ser la principal motivación para el uso de microscopios confocales. En los sistemas confocales clásicos, la altura de cada punto de una superficie es medida por la localización en la dirección z que lleva a la detección del máximo de intensidad. Entre los diversos sistemas existentes se encuentran los dispositivos que exploran paralelamente todos los puntos de la superficie y los sistemas donde la superficie es medida punto por punto. En éste trabajo se presenta el principio de la microscopía confocal donde la superficie es medida punto por punto, con la propiedad de discriminación en profundidad basada en un fenómeno de aberración cromática longitudinal. Como aplicación particular, se presenta una sonda miniaturizada de microscopía confocal cromática para medir el espesor óptico y la topografía de córneas humanas. Una de las principales motivaciones para el desarrollo de este dispositivo de microscopía confocal cromática, se asocia con la necesidad de medir por medio de métodos ópticos rápidos, el espesor central de las córneas humanas extraídas de un donante fallecido. Los resultados presentados en este trabajo corresponden a pruebas preliminares que buscan evaluar las capacidades metrológicas de este sistema confocal cromática. Las córneas humanos utilizadas en esta investigación se obtuvieron del banco de córneas del Hospital Universitario Saint Jacques de Besançon, Francia. Algunos córneas fueron descartadas para la realización de implantes por el número de células vivas por milímetro cuadrado y el porcentaje de variación de su espesor. El modelo experimental se basa en el principio de multiplexación del foco mediante la codificación de longitudes de onda debidas a una lente de Fresnel. El dispositivo se compone de un sistema de iluminación policromático puntual, un sistema de codificación longitud de onda de altura de microscopía confocal y un sistema de detección espectral. El sistema de iluminación cuenta con un espectro continuo y amplio que está constituido por la combinación de una alta energía de pulsos láser sobre una fibra óptica microestructurada de aire sílicia. Los dos primeros sistemas forman un segmento de longitudes de onda sobre la salida del dispositivo. La codificación del espesor óptico y la topografía se basa en la detección de las componentes espectrales más intensas procedentes desde cada interfase orgánica de las membranas. La medición de la sensibilidad está relacionada con el ancho de la respuesta espectral, que depende del poder de resolución del elemento dispersivo y el sistema de detección. Finalmente se presentan los resultados experimentales y una breve discusión de los criterios de resolución junto con las perspectivas de trabajo.