Diseño de técnicas de inmunización contra la aberración esférica en microscopía

Resumen

En la actualidad uno de los objetivos de la bio-fotónica es el desarrollo de dispositivos que permitan obtener, por medios no invasivos, imágenes de alta resolución y contraste de micro/nano-organismos como bacterias, virus u otros marcadores biológicos. Para la obtención de estas imágenes se suelen utilizar diversos tipos de microscopios ópticos de barrido. Estos sistemas proporcionan imágenes 3D de alto contraste debido a las ventajas de utilizar una iluminación altamente inhomogénea, obtenida al focalizar sobre el punto de muestreo la luz monocromática que incide sobre un objeto de microscopio de alta apertura numérica, Nótese sin embargo que, en estos dispositivos la muestra biológica esta sumergida en un líquido cuyo índice de refracción es próximo al de la muestra, pero muy diferente al del líquido de inmersión. Esta estratificación produce una importante cantidad de aberración esférica que degrada fuertemente la resolución espacial. La magnitud de este fenómeno es tanto mayor cuanto mayor es la profundidad a la que tiene lugar la focalización. Es de gran interés práctico estudiar la posibilidad de corregir dichas aberraciones ya que pueden deteriorar fuertemente la calidad de la imagen en sistemas de microscopía. En esta Tesis, por un lado se ha analizado la focalización de haces en sistemas de apertura numérica alta, tanto escalar como vectorialmente. Este análisis ha permitido el diseño de filtros que aumentan el confinamiento de la respuesta unidad sin que ello conlleve un incremento de la despolarización. Además, se ha revisado el efecto que tiene en la respuesta de un sistema focalizador el desajuste del índice de refracción entre la muestra y el medio que la rodea. Este análisis ha permitido diseñar filtros pupilares para disminuir la sensibilidad del sistema frente a estas distorsiones de fase. Por otro lado, se ha desarrollado la teoría de los momentos de segundo orden generalizados, basada en la propagación de la varianza de la respuesta axial del sistema en términos del coeficiente de aberración esférica, permitiendo abordar otros procedimientos de diseño. Finalmente, el estudio sobre la aberración esférica ha permitido diseñar nuevos filtros pupilares para el incremento de la profundidad de campo, tanto en imagen macroscópica como microscópica.