Imagen de cuatro glóbulos rojos formada con el sonido que emiten

PARA FINES CLÍNICOS existen muchos tipos de microscopias, pero aún se busca una técnica que brinde la mayor resolución, una profunda penetración entre los tejidos y que sea inocua incluso a largo plazo.

Por ejemplo, la microscopia óptica confocal es la que brinda mejor resolución lateral (mostrando detalles de organelos celulares) pero tiene una penetración baja (0.1 mm aprox.), incluso superficial. En contraste, la ultrasonografía de 5 MHz puede penetrar hasta 10 cm (ideal para estudios en estomago hinchado), con una pequeña resolución que apenas puede distinguir entre tejido y órgano. También se pueden usar los populares rayos-X, pero su uso desmesurado y altas exposiciones pueden ocasionar mutaciones celulares por los efectos de la radiación ionizante.

Una alternativa que evita la radiación ionizante, y que nos brinda un punto intermedio entre las técnicas puramente ópticas o acústicas es la fotoacústica. Básicamente consiste en que las muestras biológicas absorban la luz pulsada de un láser, en un proceso donde la energía se transforme en una onda sónica detectable.

Si se escoge bien la longitud de onda (color) del láser, esta energía se absorberá en una zona precisa, lo que brinda una buena resolución, y la señal acústica viajara una larga distancia hasta el micrófono detector, lo que implica una gran penetración. Mejor aún, se puede usar luz infrarroja que es no-ionizante, es totalmente inocua a largo plazo.

¿Hasta donde podemos llegar a ver con esta nueva microscopia?

Esta entrada esta ilustrada con imágenes obtenidas por fotoacústica convencional. Son cuatro glóbulos rojos antes (arriba) y después  (abajo) de un proceso de sobre exposición de luz (fotoblanquo o photo-bleaching) causado por una fuente luminosa auxiliar. De hecho, en la imagen inferior se aprecia la "forma de dona" o de "cojín con botón" tan característica de estas células. Sin necesidad de colorantes para mejorar el contraste, estas células absorbieron luz para emitir un sonido particular que llego a los sensores de posición que transformaron la señal mecánica en una eléctrica que se puede desplegar en una imagen digital, como la que aquí mostramos.

Hasta hace poco la mejor resolución axial por fotoacústica de 50 MHz alcanzaba a distinguir entre tejido y célula; parece claro: tenemos un nuevo récord. Lo que me emociona, pues la fotoacústica es un campo donde suelo hacer investigaciones. 

Esta curiosidad de laboratorio bien puede llegar a usarse como una una vía para detectar cáncer en una etapa muy temprana con todas las ventajas de las microscopias ya mencionadas al principio de esta entrada.

Más información al respecto la puedes encontrar en el sitio de noticias de la APS. o leer el articulo original:

Junjie Yao, Lidai Wang, Chiye Li, Chi Zhang, and Lihong V. Wang (2014). Photoimprint Photoacoustic Microscopy for Three-Dimensional Label-Free Subdiffraction Imaging Phys. Rev. Lett. DOI: 10.1103/PhysRevLett.112.014302

Dos modos sencillos para hacer el efecto de Matrix (bullet-time) con una sola cámara

Matrix es una película de ciencia ficción que marco a una generación: su historia y efectos especiales hicieron soñar a muchos geeks, como yo. Bien pronto gran cantidad de cineastas profesionales y aficionados intentaron por varios medios repetir efectos del film de 1999 de los hermanos Wachowski; por ejemplo el efecto llamado bullet-time, algunos con somero éxito en reproducirlo, como en scary movie (2000).

Originalmente, el efecto bullet-time requiere de múltiples cámaras sincronizables rodeando el objeto a filmar. Los costos eran altos y el grado técnico era un reto adicional. Con todo, actualmente existen algunas variaciones que pueden dar un efecto similar. Los siguientes videos son ejemplos que pueden inspirarte para tus próximos videos, solo requieren una cámara.

El primer video es relativamente barato pues usa una cámara convencional montada sobre un soporte giratorio (en este caso es una motor de ventilador). El segundo video es más sofisticado, usa una cámara rápida y cara, por lo que el arreglo giratorio es más sofisticado para evitar un posible daño en la cámara, en ambos casos el cambio de marco de referencia es la clave para cautivar al espectador.

Espero que disfruten los videos como yo lo hice.

Es un hecho que cambiar de marco de referencia brinda perspectivas nuevas; pero usar plataformas giratorias implica la aparición de una seudo- fuerzas (llamadas también fuerzas ficticias). La fuerza centrípeta debe ser su más famoso exponente, pues nos puede desconcertar. Por ejemplo, cuando vemos ciertas escenas donde la fuerza de Coriolis nos hace bromas a la mente. Incluso, nos reta para, tal vez, tener un nuevo deporte, el carrusel-basket-ball.

Finalmente, una nota de la película Wanted, donde las trayectorias curvas de las balas son tan pronunciadas como dramáticas. Bueno este efecto podría explicarse por el efecto Coriolis, pero solo si los protagonistas estuvieran parados en plataformas giratorias. Yo prefiero explicar por efecto Magnus que una bala curve la trayectoria. Hay que seguir discutiendo como hacer ciertos efectos de película... pero eso es tema para otro momento. 

En fin. ¡Felices experimentos!

2 formas para capturar un relámpago por siempre

Los relámpagos son efectos atmosféricos, son uno de los efectos cotidianos y naturales donde más energía se concentra, son impresionantes. Podemos guardar la huella de su paso por la materia, estas son dos formas diferentes.

1) Captura fotográfica 

¿Cómo podemos capturar estos fenómenos para lograr postales espectaculares  como la imagen que ilustra esta entrada?

El de julio de 1902 M. G. Lope debió de usar una técnica que hoy se emplea por muchos aficionados a la fotografía. Abrió por un tiempo el obturador de su cámara, dejando expuesta su placa sensible a la luz a toda la radiación que le llegará. Afortunadamente, en una oscura noche, con tormenta, con pocas luces prendidas en la ciudad, la descarga eléctrica del relámpago ilumino la imagen para tener esta bella fotografía. 

Técnicas similares se ocupan hoy en día, varían los tiempos de exposición, filtros, los sensores, pero la idea es similar. De hecho, Bertrand Kulik, después de más de 110 años, en 2013 atrapa con su lente al siguiente dramática imagen.

Así, en el paisaje cotidiano, busca una torre alta, busca su pararrayos, y espera la siguiente tormenta con tu cámara bien instalada. Por si solo este es un proyecto interesante para un curso de electricidad.

Sin embargo, puedes ser impaciente y querer inducir a la naturaleza para entregarte imágenes similares. Entonces, necesitas un objeto metálico que termine en punta, conectado a un fuente eléctrica, por ejemplo un carrete de Ruhmkorff, seguro necesitaras conectado a tierra otro objeto metálico. Después de preparar tu equipo fotográfico puedes obtener imágenes espectaculares. Dos ejemplos de ellas son las descargas eléctricas entre plumas y monedas, y las sofisticadas fotografias de Vice, donde el es modelo por donde atraviesa la corriente de alto voltaje. 

Ya tienes las opciones y las ideas para inspirarte, tal vez hacer variaciones con experimentos alternos, como obtener la espectroscopia del rayo. Con todo, puedes desear preservar la huella de rayo en más dimensiones. En tal caso, lo tuyo es la escultura. 

2) Esculturas hechas por rayos

Para caputurar 2.1 millones de volts en un placa de acrílico de 30.5 cm se necesita equipo especial para evitar accidentes. Básicamente se necesita una poderosa fuente de voltaje y dos puntas que atraviesen diversas placas de acrílico; pues al primer intento es difícil obtener un buen resultado.

en el canal de YouTube de Bert Hickman nos muestran diversos ejemplos y conceptos de estas esculturas, claro no dicen todos los secretos: como el de capturar trazas espirales de rayos. El siguiente video es una muestra del equipo necesario:

¿Por qué se descarga un rayo en las puntas de arboles y pararrayos?

Una explicación sucinta puede ser esta: la naturaleza al tender a un estado de equilibrio, distribuye uniformemente la densidad de carga en los objetos metálicos. En una esfera esta densidad es clara, en un objeto poco uniforme implica que sus partes chatas tendrán poca carga, sus puntas las acumulan. Localmente podemos escribir la siguiente equivalencia:

donde e representa la carga en esa parte, y Vol es la unidad de densidad; los índices diferencian de una región a otra. Entonces, mientras más puntiagudo es el objeto, menos unidad de densidad (área, por ejemplo) tendrá; por lo que la carga aumenta.  A mayor carga los electrones inducirán una carga en lo objetos cercanos, en las moléculas del aire. Puede ser tan grande esta inducción que provoque una ionización del aire, que lleva a la descarga eléctrica. En términos grandes: al relámpago.

Finalmente en el sig. silente video nos muestran una demostración clásica y tradicional de este efecto punta.

¡Felices experimentos a todos!

P.D. Esta entra participa en el Carnaval de la Física, que en enero del 20014 es alojado en el blog: La aventura de la ciencia.

tres videos para reir: la electrostiatica de globos contra gatitos

Si bien los gatitos son los reyes del contenido del Internet, la electrostática es el tema recurrente en las demostraciones de física tanto de colegios como de museos.

Es oportuno mencionar que estos juegos con animales peludos deben ser conocidos desde antes de la invención del plástico, pero desconozco si existían explicaciones mitológicas del fenómeno.

Y se te gustan los videos de gatitos "haciendo ciencia", te recomendamos:  a unos gatitos en jugando a las colisiones y colisionando entre sí

Experimento electrostático: Ver campos eléctricos 3D en un vaso de té

El siguiente video es una demostración experimental para ver campos eléctricos. En lugar de aceite se usa un infusión con sus hojitas de té molidas, ¡qué ternura!

En el canal de Laurea Huguet puedes encontrar muchos videos similares, con explicaciones excelentes. Con todo, en el minuto 2:07 nuestro presentador sufre un accidente: se da un "toque eléctrico", la botella le da una descarga eléctrica.

Aunque tales accidentes menores son frecuentes, muchos estudiantes y profesores suelen descuidarse y terminan llevándose una contracción. Pero pecata minuta.

Para hacer la demostración del del video, para cargar eléctricamente a las bolitas metálicas utilizaron un aparato llamado generador de Van-de-Graaff, dispositivo electroestático común en los colegios, pero raro en la cocina de la casa (LoL)

¿De que forma podemos sustituir el generador de Van de Graaff?

Hay varias alternativas, una de las simples es conseguir un televisor de pantalla curva (cinescopio, es la palabra técnica), estos aparatos cuentan con un pequeño cañon de electrones en la parte de atrás. Los electrones depositan su carga en la pantalla. Basta con pegar una hoja de papel aluminio y conectarlo a un cable para construir un repositorio de carga negativa, ¡ideal para estos experimentos!

¡Cuidado!

se puede acumular carga eléctrica como para recibir un chispazo desagradable, por ello hay que hacer estos experimentos bajo la supervisión de un adulto.

Les muestro un par de videos donde usan la versión del televisor para generar el campo, y los chicos se dan sus sustos eléctricos.

En pasadas entradas he comentado sobre usar televisores en experimentos electroestáticos. Sé que esos aparatos están de salida del mercado, son obsoletos frente a las flamantes pantallas de cristal líquido, que no sirven para estas demostraciones físicas

Con todo, creo que los iconos de la eléctricidad como Faraday hubieran deseado contar con generadores electroestáticos de viejas TVs para sus experimentos. Tal vez, en un futuro lejano, un niño relizará experimentos con un aparato viejo, sus experimentos serán con lo que hoy intentamos hacer en los laboratorios más sofisticados del mundo. Tal vez este niño juegue a formar sus partículas subatómicas, algo que hoy solo se hace en laboratorios profesionales... pero esa es otra historia para este blog. 

Felices Experimentos!!