Microscopía holográfica digital

Abstract

La Microscopía Holográfica Digital (MHD) ha demostrado ser una herramienta de gran utilidad para el estudio y caracterización de microestructuras y especímenes biológicos, dado que permite acceder a información cuali-cuantitativa del frente de onda transmitido o reflejado por ellos. La amplitud compleja de la luz emanada por el objeto queda registrada, a través de un arreglo interferométrico, en un medio fotosensible, que en el caso de la MHD es un sensor CCD (Charge Coupled Device) o CMOS (Complementary metal–oxide–semiconductor). A su vez, dicha información se recupera numéricamente haciendo uso de la Teoría Escalar de la Difracción. La MHD, por tanto, le ofrece a la Microscopía las notables bondades de la holografía digital, almacenando en un sólo holograma información «dual» del frente de onda: la amplitud y la fase, siendo esta última portadora de valiosa información del espécimen. En la configuración por reflexión la fase alberga la información superficial del objeto, mientras que en la configuración por transmisión la relacionada con su estructura interna, permitiendo la «visualización» y estudio de objetos transparentes, como lo son la mayoría de los especímenes biológicos. Esta tesis abarca diversos aspectos de la MHD para el estudio y caracterización de objetos transparentes, cuyo resultado es el desarrollo de un prototipo experimental de Microscopio Holográfico Digital por transmisión, y la propuesta de numerosos algoritmos orientados al procesamiento numérico de los hologramas, con el fin de automatizar gran parte del proceso de reconstrucción y permitir la corrección automática de aberraciones de fase. Adicionalmente, las aplicaciones desarrolladas se encuentran dirigidas a la caracterización de microorganismos de interés regional, bifurcadas en dos líneas principales. La primera involucra la propuesta de un método de detección de Trypanosoma cruzi, parásito causante de la enfermedad de Chagas. La segunda, el análisis cuali-cuantitativo de microalgas, enfocándose en la especie Ceratium hirundinella, responsable en los últimos años de recurrentes floraciones en los embalses del NOA, con consecuencias tales como tasas elevadas de mortandad de peces y modificación de la estructura del ecosistema acuático, entre otras de índole económica y ecológica. En este aspecto, se propone una metodología basada en MHD para el cómputo de biovolumen, un descriptor morfométrico de gran relevancia en los estudios de calidad de aguas para evaluar abundancia relativa, como biomasa y carbono. Paralelamente, se propone un descriptor invariante a traslaciones rotaciones y cambios de escala como herramienta que podría ser de utilidad para la identificación automática de la especie.