Un agujero de alfiler que ve la química: mapa tridimensional de elementos en una sola toma ✛

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En una habitación oscura, un rayo de sol atraviesa un agujero de alfiler en un cartón, y en la pared aparece una imagen invertida de la calle. La cámara estenopeica no necesita lentes: el pequeño orificio selecciona por sí solo los rayos que provienen de cada punto de la escena. Científicos del ESRF aplicaron este principio no a la luz, sino a los rayos X, y lograron que la cámara viera no la forma, sino la composición química.

Normalmente, para obtener un mapa tridimensional de elementos se barre la muestra con un haz enfocado punto por punto. Es lento, como dibujar un retrato pinchando un lienzo con una aguja. En el nuevo método, la muestra se ilumina por completo y su fluorescencia (radiación de rayos X secundaria emitida por los átomos tras la excitación) pasa a través de un agujero de alfiler de 200 micrómetros de diámetro hasta el detector HEXITEC. Este detector registra la energía de cada fotón, igual que el oído distingue las notas de un acorde. Así, en una sola toma se recopila información de todos los elementos a la vez.

La geometría del experimento equivale a un haz cónico virtual: el agujero de alfiler funciona como el vértice del cono y el detector como su base. Para reconstruir la distribución tridimensional de los elementos, los autores primero calibraron el sistema con proyecciones de una esfera de calibración y luego refinaron los parámetros minimizando el error de reconstrucción. Este enfoque en dos etapas se asemeja a afinar un instrumento musical: primero de forma aproximada con un diapasón, luego con precisión mediante los batidos.

El método se probó en dos muestras. Un embrión de pez cebra teñido con plata mostró una distribución desigual del colorante en los tejidos blandos; el mapa de plata reveló dónde se acumulaba el tinte y dónde casi no había. Un núcleo geológico de granito y serpentinita se separó por elementos: el bario se localiza en el granito, mientras que el hierro se distribuye en la serpentinita. La resolución espacial de la fluorescencia es de unos 150 micrómetros, menor que la del contraste de fase, pero suficiente para un mapa químico.

La tomografía de contraste de fase, obtenida secuencialmente con la misma geometría, proporciona el contexto estructural: se ve la forma y, superpuesto a ella, el mapa químico. Es como si a una fotografía en blanco y negro de una ciudad se le superpusiera un mapa de colores de la contaminación del aire. Antes, para lograr esta combinación, había que escanear la muestra dos veces con métodos distintos y luego fusionar los datos con gran esfuerzo. Ahora, la estructura y la química se obtienen en un solo experimento.

La cámara estenopeica de cartón y alfiler fue en su día un juguete. Ahora se ha convertido en una herramienta que mira dentro de la materia sin destruirla y muestra dónde se esconden los átomos de plata, hierro y bario. El siguiente paso es sustituir el orificio único por una apertura codificada para captar más luz y mejorar la resolución. Entonces, el agujero de alfiler dejará de ser un pinchazo para convertirse en una ventana a la dinámica de los procesos químicos.