Un equipo de investigación de la Universidad de Sevilla ha desarrollado un método para el análisis de muestras pequeñas con imágenes hiperespectrales, que miden colores imperceptibles por el ojo humano.

La técnica es más rápida y eficaz que otros sistemas utilizados para el análisis en el control agroalimentario, por ejemplo, en proteínas de semillas de uvas. Además, es extrapolable a otros sectores que requieren detectar compuestos en muestras reducidas como la medicina, la industria farmacéutica o las actividades orientadas a la restauración de obras de arte, entre otras.

Este trabajo ha sido financiado mediante el proyecto de excelencia 'Obtención de agentes afinantes para uso enológico a partir de orujos de uva seleccionados por métodos espectroscópicos' de la Consejería de Universidades, Investigación e Innovación.

Equipo de investigadores de la Universidad de Sevilla.

La nueva técnica se basa en el uso de imágenes hiperespectrales que permiten ver y capturar información en muchos colores, tanto visibles como invisibles para el ojo humano, en forma de longitudes de onda. Es empleada en muchas áreas, desde la monitorización de cultivos o ecosistemas, hasta la supervisión de objetos ocultos en ciencias forenses o arqueología. De esta forma, una cámara hiperespectral ofrece información a través de cientos de canales, no sólo el rojo, verde y azul de una cámara convencional, lo que permite extraer muchos más datos de las muestras y relacionarlos con sus características físicas y químicas.

Sin embargo, el estudio con este tipo de sistemas está limitado a objetos que no dejan traspasar la luz. En muestras pequeñas, esto no sucede y, en ocasiones, no es posible obtener grandes cantidades de un producto para analizarlo. Ahora, los investigadores han logrado la información necesaria con tan sólo una reducida cantidad de la materia que quieren estudiar, mediante el uso de una cápsula que han creado. Los resultados de este trabajo se han publicado en la revista 'LWT-Food Science and Technology'.

El sistema desarrollado usa estas técnicas hiperespectrales para sustituir a espectroscopios convencionales, unos dispositivos que necesitan una mayor cantidad de muestra para proporcionar unas medidas adecuadas. Los expertos han diseñado también un tubo de ensayo que logra dar la profundidad necesaria e impedir que la luz la traspase, por lo que sólo es necesaria una pequeña cantidad de materia para el análisis: Podría compararse a cuando se pone un folio sobre un foco. La luz se filtra, pero si se coloca un paquete de 100 de ellos, se logra que no se vea nada. Del mismo modo, la cápsula portamuestras creada consigue que la luz no penetre y que la captura de la imagen ofrezca información exacta de su composición.

La luz imperceptible que ilumina los resultados

La luz es una forma de energía que se propaga por medio de ondas electromagnéticas, y puede viajar a través de diferentes medios materiales. La reflexión de esas ondas hace que la luz sea visible y se traduzca, dependiendo de la composición de los objetos, en los colores del arcoíris, que oscilan desde el violeta hasta el rojo. No obstante, hay tipos de luz que el ojo humano no puede alcanzar, como la infrarroja y la ultravioleta, o los rayos X y gamma. Para observarlos, se necesitan dispositivos que sí son capaces de registrarlos. Es el caso, por ejemplo, del análisis de la presencia de sangre en las investigaciones forenses con el luminol, una sustancia que activa los restos ante la presencia de luz ultravioleta.

Cuando se toma una imagen hiperespectral de cualquier objeto, la fotografía que devuelve es una distribución de energía concreta que determina qué tipo de compuestos están presentes en la materia que se mide. Cada píxel ofrece información detallada sobre los elementos que la conforman. Así, si se quieren encontrar trazas de cualquier compuesto, como podrían ser hormonas o proteínas en alimentos, esta técnica puede realizar el análisis de una manera sencilla y eficiente, tan sólo con una imagen hiperespectral.

Para resolver el problema de la filtración o refracción de la luz en una muestra pequeña, los expertos diseñaron una cápsula que consiste en un cono, del que verificaron su utilidad con dos equipos hiperespectrales distintos. Uno de ellos permite medir luz visible y una pequeña porción del espectro infrarrojo. El otro trabaja íntegramente con luz infrarroja. En esta línea, han establecido una profundidad de 1,5 milímetros para muestras en un espectro visible, mientras que son necesarios 4,5 para poder trabajar en el infrarrojo. En el centro del cono se concentra el producto sin que haya traspaso de luz.

El método se ha validado con el contenido de proteínas en semilla de uvas, certificando que los resultados obtenidos son exactos y extrapolables a la determinación de la composición de cualquier otro producto o compuesto. Lo han conseguido partiendo de muestras que van, aproximadamente, desde 0,1 a 1 gramos, lo que amplía las posibilidades de aplicar esta técnica a otras áreas, entre otras, el análisis forense de drogas o de salud.