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Nanoscopi basati su chip permettono di sbirciare in modo stabile e conveniente nel regno atomico

Non molto tempo fa era normale che i microscopi non fossero in grado di vedere immagini più piccole di 200 nanometri. Il campo della nanoscopia, nato da relativamente poco tempo, ha affrontato questa situazione, con il progetto NANOSCOPY finanziato dall’UE a fare da apripista.
Nanoscopi basati su chip permettono di sbirciare in modo stabile e conveniente nel regno atomico
Al momento, allo scopo di ottenere immagini ad alta risoluzione, le tecniche nanoscopiche ottiche usano dei vetrini per contenere i campioni insieme a un microscopio avanzato per ottenere le immagini. Tuttavia, questi microscopi sono limitati, complessi e costosi, con alcuni di essi che arrivano a costare fino a 1 milione di euro.

Il progetto NANOSCOPY (High-speed chip-based nanoscopy to discover real-time sub-cellular dynamics), finanziato dall’UE, ha recentemente annunciato di aver avuto successo con una soluzione alternativa, per mezzo della quale i campioni vengono collocati sopra un sofisticato chip fotonico e le immagini vengono poi acquisite da un microscopio ottico standard. Qui, il chip contiene il campione, come un vetrino coprioggetti, e fornisce anche una guida d’onda che produce il diagramma di illuminazione necessario per ottenere le immagini con una super risoluzione.

Un nanoscopio che è sia più piccolo che più economico

Il team di NANOSCOPY ha dimostrato l’utilizzo del complesso chip ottico mediante due approcci differenti. Guide d’onda composte da un materiale con un contrasto a indice di rifrazione elevato hanno fornito un forte campo evanescente che è utilizzato per la commutazione a singola molecola e l’eccitazione di fluorescenza, rendendo così possibile la microscopia basata su chip per localizzare singole molecole. Inoltre, gli schemi multimodali di interferenza hanno causato delle variazioni spaziali di intensità nella fluorescenza che hanno permesso di ottenere immagini basate sulla fluttuazione con una super risoluzione.

Dato che la nanoscopia basata su chip separa i percorsi di illuminazione e rilevamento della luce, l’eccitazione di fluorescenza a riflessione interna totale è possibile su un campo visivo ampio, con dimostrazioni effettuate fino a 0,5 mm × 0,5 mm.

La produzione di massa di questi chip fotonici nelle fabbriche, praticamente come avviene con i chip al silicio, manterrebbe bassi i costi e incoraggerebbe così un’ampia diffusione. Come ha spiegato il dott. Balpreet Singh Ahluwalia, membro del team del progetto, dell’Università Artica di Norvegia, “Speriamo che questo vantaggio incrementi la penetrazione della nanoscopia ottica nel mondo in via di sviluppo. Negli ambienti di ricerca dove le risorse sono limitate, la maggior parte dei laboratori sono equipaggiati con microscopi ottici di bassa qualità poiché i costi iniziali dei nanoscopi sono proibitivi.”

Guardando al futuro

Riassumendo i vantaggi della nuova tecnologia, il dott. Ahluwalia ha aggiunto, “Oltre a essere più compatto, stabile e conveniente, il nostro nanoscopio basato su chip cattura anche immagini su campi visivi estremamente ampi. Esso può acquisire immagini con una super risoluzione da un campo visivo 100 volte più grande rispetto a quanto sia attualmente possibile fare usando sistemi nanoscopici ottici commerciali.”

Questi vantaggi hanno implicazioni per numerosi settori medici, in particolare per la patologia, dove un microscopio ottico solitamente effettuerebbe la scansione di un’area di 50 micron alla volta, impiegando giorni per scansionare un campione intero di tessuto, sangue o urine con aree della superficie di diversi millimetri quadrati.

Il team sta adesso lavorando con cellule del fegato per capire meglio come funziona la filtrazione. Questo non era precedentemente possibile dato che le cellule specializzate contengono nanofori, che essendo larghi appena 50-200 nanometri, non possono essere osservati con un microscopio normale.

Nel tentativo di equipaggiare il numero maggiore possibile di microscopi ottici standard con il loro chip fotonico, il progetto è attualmente in contatto con possibili fabbricanti. Come ha riassunto il dott. Ahluwalia, “La nostra giustificazione economica è solida. Immaginate una macchina per il caffè – il cliente non deve ricomprare una nuova macchina ogni volta che ha voglia di un caffè, sostituisce solo il caffè, e questo è molto più economico.”

Per maggiori informazioni, consultare:
Pagina del progetto su CORDIS

Fonte: Sulla base di segnalazioni dei media e informazioni diffuse dal progetto

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