Misurazioni rapide e accessibili dell’intensità luminosa basate sulla fluorescenza: una nuova realtà
Una ricerca internazionale sostenuta in parte dal progetto DREAM, finanziato dall’UE, ha introdotto due nuovi metodi complementari che consentono di misurare in modo versatile e preciso l’intensità luminosa nei sistemi di immaginografia a fluorescenza. I due protocolli vengono descritti in un articolo pubblicato su «Nature Methods». La quantificazione dell’intensità luminosa è un importante strumento che garantisce agli scienziati precisione in numerose applicazioni differenti: i microscopisti ottici bilanciano l’intensità della luce per ottimizzare i segnali senza indurre fototossicità, mentre i biologi utilizzano i fotoni per innescare processi fisiologici e, infine, i chimici li usano per guidare le reazioni di assorbimento della luce. «Al giorno d’oggi, una vasta comunità di biologi, chimici, ingegneri e fisici è impegnata nella misurazione di un preciso numero di fotoni», osservano gli autori nel loro studio. Tuttavia, la maggior parte delle tecnologie attualmente a disposizione non offre la versatilità e l’accuratezza necessarie per soddisfare le esigenze esistenti: esse non sono infatti in grado di misurare contemporaneamente l’intensità e la distribuzione spaziale della luce, o almeno non in relazione a un’ampia gamma di lunghezze d’onda e intensità.
Velocità, sensibilità e accessibilità
Un team di ricercatori guidato dall’istituto che ha coordinato il progetto DREAM, ovvero il Centro nazionale per la ricerca scientifica francese, ha ora sviluppato due protocolli complementari rapidi e semplici che utilizzano coloranti organici e proteine fluorescenti in qualità di attinometri, ovvero sistemi capaci di determinare il numero di fotoni in un fascio. Questi attinometri a fluorescenza si sono dimostrati più veloci e più sensibili rispetto alle soluzioni convenzionali, fornendo inoltre dati maggiormente accessibili per i sistemi di imaging. Il primo protocollo si basa su cinque attinometri molecolari che emettono segnali fluorescenti nel caso in cui venga applicata una luce costante, coprendo l’intero spettro della luce ultravioletta e visibile per misurare l’intensità luminosa. In determinate condizioni, ossia quando la fotoconversione avviene così velocemente da ridurre al minimo il movimento molecolare, il protocollo è in grado inoltre di mappare la distribuzione spaziale dell’intensità luminosa. Come riportato nello studio, il team ha anche cercato di «rendere gli attinometri fluorescenti accessibili a diverse comunità di utenti finali». A tal fine, i ricercatori hanno scelto sostanze chimiche facilmente sintetizzabili per i chimici e proteine e organismi fotosintetici per i biologi. Il secondo protocollo è complementare agli attinometri fluorescenti del primo, i cui limitati intervalli di assorbimento della luce richiedono vari di questi dispositivi per coprire l’intera gamma di lunghezze d’onda. Questo protocollo si avvale di un fluoroforo fotochimicamente inerte, una molecola caratterizzata da proprietà fluorescenti che assorbe fotoni e ne emette in cambio di dotati di energia inferiore. Il fluoroforo trasferisce le informazioni sull’intensità luminosa da una lunghezza d’onda (misurata con un attinometro fluorescente del primo protocollo) all’altra.
Meglio due di uno
«Insieme, i due nuovi protocolli possono essere utilizzati in condizioni caratterizzate da debolezza luminosa, con tempistiche più brevi e nell’ambito di una più vasta gamma di lunghezze d’onda rispetto ai metodi convenzionali», osserva il team di ricerca in un comunicato stampa pubblicato su EurekAlert!. I protocolli sono stati utilizzati per misurare con precisione la distribuzione spaziale della luce in diversi sistemi di immaginografia a fluorescenza, nonché per calibrare l’illuminazione negli strumenti e nelle sorgenti luminose disponibili in commercio. Gli autori si aspettano inoltre che i loro protocolli consentano di migliorare la comprensione scientifica di come la luce influisca sulla salute e sulla vitalità dei campioni biologici. Per facilitare l’utilizzo degli attinometri in discipline di ogni tipo, Il team di ricerca offre accesso online alle loro proprietà e a codici e applicazioni dati intuitive. DREAM (Dynamic Regulation of photosynthEsis in light-Acclimated organisMs) sta sviluppando protocolli pionieristici di illuminazione, strumentazione e acquisizione di dati con l’obiettivo di promuovere l’agricoltura di precisione in ambienti ottimizzati e controllati, come serre, fattorie verticali e giardini al chiuso. Il progetto si concluderà nel 2026. Per maggiori informazioni, consultare: sito web del progetto DREAM
Parole chiave
DREAM, luce, intensità luminosa, fotoni, fluorescente, attinometro, protocollo