Desenvolvimento e aplicações de sistemas espectroscópicos de imagem explorando telefones moveis e radiação terahertz

FACEPE Este trabalho tem por objetivo desenvolver e explorar técnicas de espectroscopia óptica por imagem, utilizando câmera de telefones móveis e espectroscópia na região do THz, para avaliação de sistemas biológicos. O desenvolvimento de plataformas espectroscópicas que exploram telefones celulares, podem contribuir para a democratização global de tecnologias para diagnóstico médico. Para isso, aqui é estabelecido um novo método para analisar cor relativa de um objeto, explorando câmeras de smartphones e eliminando o uso de calibradores de cores. O método espectrométrico proposto foi avaliado sob diversas condições de iluminação e usando diferentes telefones móveis. Imagens espectroscópicas da mucosa ocular de ratos e cães foram analisadas, com consequente determinação da concentração de hemoglobina presente no sangue desses animais. O método também foi utilizado para avaliar o processo de adsorção química de moléculas de Cisteamina em superfícies de nanopartículas de ouro. Os resultados mostram o potencial do uso de telefones móveis como instrumentos de imagens para avaliação espectroscópica de sistemas biomédicos, sem o uso de calibradores de cor. Além disso, foi desenvolvido um sistema para espectroscopia óptica explorando radiação Terahertz no Domínio do Tempo para avaliação de propriedades ópticas de diferentes estruturas de dentes humanos (dentina e esmalte). Na geração de imagens explorando radiação THz foi utilizado um conjunto de antenas fotocondutoras e um laser infravermelho com pulsos de femtossegundos. Além de imagens espectrais foram determinados, para diferentes estruturas de dente, o coeficiente de absorção e o índice de refração em função da frequência THz. This work has to develop and explore techniques of optical spectroscopy by image, using mobile camera and spectroscopy in the THz region, for the evaluation of biological systems. The development of spectroscopic platforms that exploit cell phones can contribute to the global democratization of technologies for medical diagnosis. To do this, a new method is established here to analyze relative color of an object, exploring smartphones cameras and eliminating the use of color calibrators. The proposed spectrometric method was evaluated under different lighting conditions and using different mobile phones. Spectroscopic images of the ocular mucosa of rats and dogs were analyzed, with consequent determination of the concentration of hemoglobin present in the blood of these animals. The method was also used to evaluate the chemical adsorption process of Cysteamine molecules on gold nanoparticle surfaces. The results show the potential of using mobile phones as imaging instruments for the spectroscopic evaluation of biomedical systems, without the use of color calibrators. In addition, a system was developed for optical spectroscopy exploring Time-domain Terahertz radiation to evaluate the optical properties of different structures of human teeth (dentin and enamel). In the generation of images using THz radiation, a set of photoconductive antennas and an infrared laser with femtosecond pulses were used. In addition to spectral images, the absorption coefficient and the refractive index as a function of the THz frequency were determined for different tooth structures.