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ANNO DELLA LUCE/ Diaspro (Iit): ecco la super vista dei sistemi biofotonici

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Microscopio ottico a super risoluzione (Iit)  Microscopio ottico a super risoluzione (Iit)

«Se vogliamo ricordare chi più ha studiato l’interazione della luce col vivente dobbiamo senz’altro nominare il fisico olandese Frederik Zernike, Nobel nel 1953, per l'invenzione del microscopio a contrasto di fase». Seguiamo Diaspro nella spiegazione. «La considerazione fatta prima, che il vivente è trasparente, significa che o io trovo un meccanismo particolarmente intelligente oppure non riesco a produrre delle immagini, essendo appunto il corpo trasparente. Però la luce è un mix di due informazioni: una associata all’ampiezza (che determina la brillantezza) e una associata alla fase (associabile al fatto che la luce impieghi un certo tempo ad attraversare la materia). Ora l’invenzione da parte di Zernike del microscopio fotonico “a contrasto di fase” è in sostanza un modo per trasformare in intensità luminosa i differenti tempi con cui la luce attraversa la materia e quindi è un modo per rendere visibili le cellule che altrimenti resterebbero invisibili».

L’informazione di fase è una di quelle che tutti usiamo quotidianamente quando cogliamo la tridimensionalità: davanti a una scena reale, cioè tridimensionale, noi senza accorci in qualche modo calcoliamo i diversi tempi che la luce impiega a passare dagli oggetti fino a noi: «lo possiamo fare perché abbiamo due occhi, con i quali riusciamo ad “estrarre” le due informazioni ampiezza e fase e riusciamo a farlo anche se guardiamo la scena su un supporto bidimensionale, come una cartolina; è il nostro cervello che trova il modo di recuperare l’informazione mancante». Una riprova di questa capacità di ricostruire le informazioni visive è venuta con l’invenzione degli ologrammi, negli anni ’70 da parte di Dennis Gabor: l’ologramma è un modo per rappresentare su un supporto bidimensionale un’informazione tridimensionale.

Più vicino a noi, negli ultimi anni, Diaspro ricorda due Nobel particolarmente significativi per la biofotonica.Nel 1962 il chimico e biologo marino giapponese Osamu Shimomura aveva scoperto una cosa impressionante: nelle profondità marine le meduse possono attivare delle proteine che sono fluorescenti, cioè se investite di radiazioni nell’ultravioletto o nel blu emettono luce verde. Successivamente Martin Chalfie e sua moglie hanno scoperto che queste proteine possono essere prodotte da qualunque organismo vivente e in modo molto specifico, in diverse parti dell’organismo; e Robert Tsien ha scoperto che possono emettere in tutti i colori dopo una piccola modifica ad alcune sequenze di amminoacidi. «Il loro premio Nobel nel 2008 è ampiamente giustificato: sono riusciti a far sì che il vivente emetta radiazione luminosa senza dover introdurre dei marcatori dall’esterno».

Restava un problema da risolvere: quello della diffrazione, che limita i dettagli che si possono cogliere con la luce a un valore non inferiore ai 200 nanometri mentre le proteine e il Dna hanno dimensioni di pochi nanometri. Ecco allora l’ultima scoperta importante, che ha fatto guadagnare il Nobel lo scorso anno a Eric Betzig, Stefan W. Hell e William E. Moerner: è il metodo per arrivare alla super risoluzione ottica, che vuol dire che il microscopio ottico non ha più alcun limite quanto ai dettagli esplorabili, ancor meglio di un microscopio elettronico: la risoluzione è illimitata. È possibile così ampliare il dominio di quella che ormai si definisce nanobiofotonica, che si riferisce alla possibilità non solo di studiare il vivente ma di studiarlo alla cosiddetta nanoscala, cioè a livello delle singole molecole biologiche, delle singole proteine e macromolecole.



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