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Un laboratorio su un chip? Sviluppare un minuscolo microscopio ottico a super-risoluzione

Grazie a finanziamenti dell’UE, un gruppo di esperti sta sviluppando un’alternativa alla microscopia ottica tradizionale.

Ricerca di base

Immaginate di rimpicciolire un microscopio, integrarlo con un chip e utilizzarlo per osservare l’interno delle cellule viventi in tempo reale. Non sarebbe fantastico se questo minuscolo microscopio potesse anche essere incorporato in dispositivi elettronici, proprio come le fotocamere degli smartphone di oggi? E se i medici potessero utilizzare un tale strumento per effettuare diagnosi in zone remote, senza la necessità di impiegare strumenti di analisi ingombranti, pesanti e sensibili? Il progetto ChipScope, finanziato dall’UE, ha compiuto notevoli progressi verso il raggiungimento di questi obiettivi. I ricercatori coinvolti nel progetto ChipScope, finanziato dall’UE, stanno ora sviluppando una nuova strategia per potenziare la microscopia ottica. Un articolo sul sito web del progetto afferma: «Nella microscopia ottica classica, l’area del campione analizzato è illuminata simultaneamente, e la luce dispersa da ogni punto viene raccolta da un rilevatore che seleziona l’area. Il rilevatore può essere costituito, ad esempio, dall’occhio umano o dal sensore di una fotocamera. Con ChipScope, invece, viene impiegata una fonte luminosa strutturata, con elementi minuscoli, indirizzabili individualmente». Nel medesimo articolo si osserva che «il campione è situato sopra questa fonte luminosa, molto vicino a essa. Quando i singoli emettitori vengono attivati, la propagazione della luce dipende dalla struttura spaziale del campione, in un processo molto simile a ciò che nel mondo macroscopico è conosciuto come shadow imaging». Viene prodotta un’immagine quando «la quantità totale di luce trasmessa attraverso la regione del campione viene rilevata da un sensore, attivando una sorgente di luce alla volta e scansionando così l’area del campione. Se le sorgenti di luce hanno una grandezza intorno al nanometro e il campione si trova molto vicino a- esse, il campo ottico prossimo è rilevante, e potrebbe essere possibile impiegare l’immaginografia a super-risoluzione sulla base di un chip».

Tecnologie innovative

Il progetto ChipScope unisce numerose aree di competenza al fine di completare il proprio approccio alternativo alla super-risoluzione ottica. «La fonte luminosa strutturata è costituita da diodi a emissione luminosa (LED), sviluppati presso l’Università tecnologica di Braunschweig, in Germania», si aggiunge nell’articolo. Inoltre, sottolinea che attualmente «non sono disponibili in commercio array di LED con pixel indirizzabili individualmente di grandezza inferiore al μm. Questo compito è responsabilità dell’Università tecnologica di Braunschweig, nell’ambito del progetto ChipScope». Il concetto comprende inoltre un altro elemento: «rivelatori a valanga a singolo fotone (SPAD, single-photon avalanche detectors), in grado di rilevare intensità di luce molto basse, fino ai singoli fotoni». Nell’articolo si legge: «Sono stati condotti i primi test, nei quali questi rivelatori erano integrati in un prototipo del microscopio ChipScope, e i risultati sono stati promettenti». Si aggiunge: «Inoltre, affinché il microscopio funzioni a dovere è fondamentale portare i campioni molto vicino alla fonte luminosa strutturata. Una collaudata tecnologia, usata per raggiungere questo scopo, impiega canali microfluidici, ovvero un delicato sistema di canali, strutturato in una matrice polimerica. Grazie a pompe ad alta precisione, un microvolume di liquido passa attraverso questo sistema e trasporta il campione fino alla posizione desiderata. A questa fase dell’assemblaggio del microscopio contribuisce l’Austrian Institute of Technology (AIT)». Il progetto ChipScope (Overcoming the Limits of Diffraction with Superresolution Lighting on a Chip) terminerà a dicembre 2020. I partner del progetto hanno già sviluppato un prototipo del microscopio proposto, e si augurano di presentare una versione più potente con una maggiore risoluzione entro il termine del progetto. Per maggiori informazioni, consultare: sito web del progetto ChipScope

Paesi

Spagna

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