Ensenada, Baja California, México, 17 de enero de 2014. La biofotónica es un área multidisciplinaria que engloba los campos de la medicina, la biología, la química y la física, cuyas principales aplicaciones abarcan técnicas de detección y tratamiento médico, microbiología, microscopía y espectroscopía avanzada, manipulación óptica, biosensores e ingeniería de tejido, entre otros.

Éstas es un área de investigación con mucho potencial en el que el CICESE se ha involucrado en los últimos años a través del grupo de láseres de pulsos ultracortos y procesamiento de materiales del Departamento de Óptica, conformado por los doctores Israel Rocha Mendoza, Santiago Camacho López, jefe del Departamento de Óptica, y Raúl Rangel Rojo, actual director de la División de Física Aplicada y líder del grupo.

Este grupo de investigación se dedica, entre otros temas, a desarrollar investigación en óptica no lineal y láseres; estas dos áreas de la óptica se aplican de manera muy vasta en disciplinas como la biología y la medicina, y dan origen a lo que se conoce hoy en día como el área de biofotónica. La biofotónica es un área de investigación que genera conocimiento de punta y que atrae una gran parte del financiamiento global a proyectos científicos.

En el año 2004, el Dr. Camacho López inició –por primera vez en México– el estudio de los efectos inducidos por pulsos láser ultracortos en tejido biológico, motivado por algunos problemas que se presentan en procedimientos médicos que utilizan láseres de emisión continua, como el daño catastrófico al tejido causado por calentamiento excesivo, y que captó el interés de la Clínica de Ojos de Tijuana y Oftálmica Internacional para llevar a cabo una colaboración en el tema de investigación de láseres aplicados en el área oftálmica.

Actualmente, se desarrolla, con la Clínica de Ojos de Tijuana, un proyecto de innovación basado en la investigación básica que realiza el Dr. Camacho López sobre un fenómeno físico conocido como cavitación inducida por láser. La investigación en el área de biofotónica que lleva a cabo incluye el estudio de la viabilidad celular para células sometidas a irradiación con pulsos láser ultracortos.

El Dr. Israel Rocha implementó recientemente en el CICESE algunas técnicas de microscopía no lineal, área que no ha sido explotada en México y, por tanto, tiene una gran potencial de investigación, en particular en el área de la microbiología, quienes ven en un microscopio una herramienta de trabajo. Actualmente, el Dr. Rocha Mendoza utiliza gran parte de este equipo y, con su ingreso al CICESE en 2009, consolidó la implementación de estas técnicas mediante la obtención de proyectos en el área de biofotónica y la construcción “casera” de un microscopio no lineal de segundo armónico. Actualmente, trabaja en la implementación de microespectroscopía CARS, otra técnica basada en óptica no lineal.

Pero no sólo este grupo se dedica a estudios relacionados con la óptica y la biología. El Dr. Víctor Ruiz Cortés realiza investigación básica en un área de la biofotónica, donde la combinación de técnicas de micromanipulación y control de microfluidos es actualmente un tema de mucho interés por la posibilidad de la construcción de laboratorios en escala micrométrica. Uno de los objetivos en la investigación del Dr. Víctor Ruiz es el diseño y fabricación de dispositivos optofluídicos para aplicaciones de asimiento y manipulación de micropartículas, donde se incluyen especímenes biológicos.

El uso de dispositivos microfluídicos para realizar investigación biomédica y crear tecnologías de uso clínico tiene un gran número de ventajas. Una de las principales es que el volumen de los fluidos en el canal es muy pequeño, usualmente algunos nanolitros, por lo cual la cantidad de sustratos y reactivos utilizados es muy pequeña. Eso es especialmente significativo cuando se está trabajando con reactivos costosos. Esto puede derivar y detonar un impacto innovador en el área clínica y, por supuesto, en un impacto económico positivo para la sociedad.

En un área que podemos nombrar fotobiología se encuentra enmarcada la investigación que realiza el Dr. Eugenio Méndez Méndez, también en el Departamento de Óptica del CICESE, quien en colaboración con un grupo de biólogos ha estudiado la influencia que tienen las condiciones de iluminación en la conservación y en el deterioro de ecosistemas marinos, como los arrecifes de coral. El Dr. Méndez Méndez ha producido modelos y ha realizados experimentos para determinar la dosis de luz que reciben los organismos que viven en simbiosis con los corales; la morfología, estructura y material del que están hechos los corales son elementos cruciales que determinan la dosis de luz en el coral. Se piensa que esta dosis de luz en el coral está correlacionada en cierta medida con la condición biológica de los arrecifes.

Otra área de la óptica que forma parte de las actividades de investigación en el Departamento de Óptica del CICESE, y que está relacionada de manera estrecha con organismos biológicos, es el procesamiento de imágenes mediante algoritmos ópticos. Esta área de investigación ha sido desarrollada por el Dr. Josué Álvarez Borrego quien, mediante algoritmos basados en óptica de Fourier y transformadas integrales de otro tipo, puede llevar a cabo la identificación de varias especies del fitoplancton y algunas bacterias, como las que provocan tuberculosis y cólera, así como cuerpos de inclusión de virus en tejido de camarón, entre otros. Los resultados de investigación en esta área tienen un gran potencial en aplicaciones de relevancia para la industria regional de organismos marinos y para el conocimiento de la productividad primaria en ciertas regiones oceánicas.

Pies de grabado: Foto 1 “fibras_colageno_in_vitro.jpg” - Fibras de colágeno crecidas in vitro tomadas con el microscopio no lineal construido en el CICESE. Se utilizan aperturas numéricas de 0.3 (a) y 0.65 (b), respectivamente.

Foto 2 “burbuja_acvitación.jpg” – Burbuja de cavitación por onda de choque inducida, en agua destilada, por un pulso láser de 10 nanosegundos. Imagen tomada 92 nanosegundos después del depósito del pulso de la celda. El diámetro de la burbuja es de aproximadamente 70 micrones y el diámetro de la onda de choque es de aproximadamente 300 micrones (foto: Luis Felipe Devia Cruz, estudiante de doctorado en Óptica del CICESE).