Pulsos ultracortos para tratar patologías oftálmicas

¿Cómo un accidente de laboratorio convirtió un rayo láser en herramienta para el tratamiento de enfermedades oculares?

El invento, que además le valió el Premio Nobel de Física 2018 a sus creadores -el Dr. Gérard Mourou y la Dra. Donna Strickland-, se ha convertido en una herramienta estándar en oftalmología, ayudando en el tratamiento de miopía, hipermetropía y astigmatismo.

Pero antes de que todo eso ocurriera, relata el Dr. Mourou que en el año 1992, se encontraba en su laboratorio, alineando los láseres de una máquina experimental en compañía de Detao Du, un estudiante entonces. De pronto ocurrió el accidente: mientras realizaban una maniobra con una de las maquinas un láser entró por el ojo de Detao Du. Inmediatamente ambos salieron al hospital, donde el médico de urgencias exploró la retina herida y, asombrado, advirtió que la herida ocasionada por el láser había sido “perfecta”. 

Eso en cuanto a la anécdota. Pero, si bien la aplicación médica para la generación de pulsos láser ultracortos fue posible gracias a un feliz accidente -desde entonces el interés en estas herramientas es creciente y suele orientarse en aplicaciones biomédicas, o incluso relacionadas con las comunicaciones ópticas- vale preguntar: ¿qué son estos pulsos y cómo funcionan estas herramientas de luz?

Cuando se piensa en láseres, habitualmente se piensa en una luz constante, sin embargo, a diferencia de lo que ocurre en el funcionamiento usual de estos haces de luz, donde se tiene una onda continua casi monocromática, los láseres de pulsos ultracortos generan una secuencia de pulsos con un ancho de banda asociado de algunos nanómetros. Estos se obtienen sumando muchas ondas con frecuencias distintas para conseguir una onda pulsada, y al ser emitida esta luz permite concentrar gran cantidad de energía.

       

Es decir, se trata de “pulsos más breves que permiten el registro de eventos que se desarrollan en períodos de tiempo extremadamente cortos y que de otro modo sucederían sin que pueda accederse más que a sus resultados. Cuando se habla de brevedad en este terreno, se habla de una de tal magnitud que resulta difícil imaginarse: un microsegundo es la millonésima parte de un segundo; un nanosegundo, la milmillonésima parte; un picosegundo, la billonésima parte, y es en esta magnitud donde se ubican los pulsos cortos de láser.” (Schinka)

Con este principio, la gran revolución de los láseres ultraintensos comenzó en 1985 con una idea mucho más práctica. La idea consistía en aumentar la duración de los pulsos para reducir la intensidad del láser durante la etapa de amplificación hasta unos niveles que no dañaran la óptica. El método para ensanchar la duración de los pulsos se basó en el ancho rango de frecuencias (colores) que contienen los pulsos ultracortos. Los diferentes colores se pueden separar en un prisma y hacer que recorran caminos distintos, induciendo así un retraso temporal entre los diferentes colores (chirp) y, en definitiva, aumentando la duración del pulso. 

Esta nueva técnica (amplificación de pulso gorjeado) desarrollada por ambos científicos más tarde se convirtió en un estándar para posteriores láseres de alta intensidad, y entre sus usos se encuentra la aplicación en cirugía ocular correctiva, empleando un láser de alta precisión.

En su momento, los doctores Mourou y Strickland habían hallado el camino hacia pulsos láser más cortos e intensos de los que jamás se habían producido por el hombre. Y a través de un enfoque revolucionario ambos científicos consiguieron crear pulsos láser ultracortos de alta intensidad sin destruir el material amplificador. 

Aunque sin duda se trata de un gran avance, aún quedan muchos campos de aplicación por explorarse, pues estos inventos ya abrieron el camino hacia la investigación del micromundo en beneficio de la humanidad. 

Fuentes:

https://www-optica.inaoep.mx/~carlost/carlost/pdfs/Zarate-Zarate.pdf

https://www.kva.se/en/pressrum/pressmeddelanden/nobelpriset-i-fysik-2018

        

https://elpais.com/elpais/2019/06/02/ciencia/1559508089_310031.html

https://www.clarin.com/sociedad/nobel-fisica-cientificos-revolucionarios-inventos-uso-laser_0_djVp4TgDk.html

https://www.icfo.eu/images/publications/MT04-001.pdf

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