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Ricercatori del gruppo di Nanofotonica insieme ad altri istituti di ricerca stanno effettuando degli studi su tecnologia manipolabili per confinare la luce su dimensioni del miliardesimo di metro
Ricercatori del gruppo di Nanofotonica dell’Istituto di scienze applicate e sistemi intelligenti del Consiglio nazionale delle ricerche, in collaborazione con l’Istituto di biochimica e biologia cellulare e la Molecular Foundry, hanno lavorato sulla luce e le possibili manipolazioni. Hanno consentito di misurare e visualizzare con una precisione incredibilmente elevata le caratteristiche ottiche di qualsiasi campione con cui entri in contatto. Lo studio è pubblicato sulla rivista ACS Nano.
Le nuove scoperte e il cristallo fotonico
La nuova frontiera nel campo di ricerca della sensoristica e diagnostica punta sulla possibilità di manipolare e confinare la luce su dimensioni del miliardesimo di metro. Qui particolari fenomeni di risonanza ereditati dalla meccanica quantistica possono aprire scenari inesplorati. Può accedere anche in sistemi di comune utilizzo che possono essere applicati in campo biomedico. In particolare, i ricercatori del gruppo hanno sviluppato una nuova tecnica per manipolare e confinare la luce su una superficie nano-strutturata e periodica. Questa superficie è definita “cristallo fotonico”. Consente di visualizzare con una precisione elevata qualsiasi campione con cui entri in contatto. In più fornisce un’immagine ricca di informazioni non ottenibili con le tecnologie attuali.
La tecnica
“La nuova tecnica, applicata all’identificazione diretta di cellule tumorali, rappresenta una svolta. Anche nello studio delle patologie oncologiche. Ma in generale nel campo della diagnostica medica. L’innovazione sta nell’impiego di un particolare fenomeno, inizialmente teorizzato per la meccanica quantistica degli elettroni. In seguito sarà traslato in molti ambiti della fisica. Dal suono ai fluidi, e infine alla luce questo fenomeno prende il nome di Stato legato nel continuo (BIC, Bound State in the Continuum)”, afferma Gianluigi Zito (Cnr-Isasi), ideatore del lavoro. E aggiunge: “Il fenomeno dei BIC consente di accumulare i fotoni, i quanti dell’energia della luce, in una specifica posizione. Tutto questo accade anche se non vi sono reali barriere fisiche a contenerli”. “La luce emessa dalle molecole fluorescenti, alla base del nanosensore, è confinata ed amplificata dalla nanostruttura ed alterata in maniera specifica dalla presenza del campione da identificare.
Mappature di cellule tumorali
Dalla misura amplificata dell’indice di rifrazione puntuale del campione analizzato, è possibile rivelare e mappare in maniera puntuale la superficie della cellula tumorale o eventualmente altro materiale biologico”, prosegue Silvia Romano. “Gli stati legati nel continuo offrono lo spunto per enormi innovazioni nel campo della fisica, e in questo caso si raggiunge un risultato raffinato grazie alla coesistenza di due BIC con proprietà ottiche uniche, con una opportuna configurazione che ne consentisse l’applicazione nel campo della microscopia correlativa avanzata. “Questo dà la possibilità di acquisire una vera e propria immagine spaziale del campione da correlare con altre informazioni morfologiche dello stesso, come in microscopia. In particolare, nel lavoro questo è dimostrato su cellule tumorali della prostata. In prospettiva, altri lavori ci consentiranno di dimostrare la versatilità di questa applicazione in molti altri campi della ricerca scientifica.
