Julia Ruzankina e Ali Mermoul, terzo e secondo e anno del dottorato internazionale in Science della Facoltà di Scienze matematiche, fisiche e naturali, sono arrivati a Brescia dopo aver concluso la laurea magistrale in Russia, all’Università di San Pietroburgo.
Per la loro ricerca nei laboratori di via Musei stanno utilizzando sistemi di microscopia che fanno uso di microsfere dielettriche per concentrare le onde luminose in un “punto”, dove assumono la forma di estensioni o getti tubulari di luce, detti nanojet che, in opportune condizioni, possono assumere dimensioni più piccole della lunghezza d’onda. Le microsfere dielettriche trasparenti possono essere utilizzate come potenziatore di segnale o di contrasto per l'analisi spettroscopica.
«La gran parte delle informazioni sul mondo che ci circonda proviene dai nostri occhi spiegano i due dottorandi. La luce trasporta informazioni da oggetti enormi e lontani (scala astronomica) e da oggetti molto piccoli e vicini (scala microscopica). La microscopia ottica gioca un ruolo importante per la conoscenza del micromondo. Nei secoli passati la ricca tessitura del mondo microscopico non era accessibile. Per esempio, la struttura delle singole cellule e ancora meno le strutture sub-cellulari erano fuori portata e solo recentemente abbiamo cominciato a studiare i nanomateriali».
La luce si riflette da oggetti molto piccoli in modo tale da impedirne la precisa localizzazione quando questi sono più piccoli della sua scala di lunghezza naturale, la lunghezza d’onda. Questa caratteristica, tra le altre cose, disturba il processo di messa a fuoco della luce in un microscopio, costituendo il cosiddetto limite di diffrazione.
Una tecnica che parte da lontano.
«Il primo microscopio, concepito da Anton van Leeuwenhoek (circa 1670), aveva come obiettivo una sferetta di vetro del diametro di un paio di millimetri. Da più di due millenni le particelle sferiche trasparenti attirano l'attenzione degli scienziati. Ad esempio, è noto fin dai tempi antichi che il giardino non dovrebbe essere annaffiato nel pomeriggio, poiché le piccole goccioline d'acqua depositate sulle foglie potrebbero causare scottature solari».
Da qualche anno, utilizzando sfere di materiale dielettrico molto più piccole (un decimo di millimetro o meno), esiste la possibilità di andare oltre le limitazioni imposta dal principio di diffrazione, ritornando così alle origini.
Che tipo di sistemi di microscopia usate nella vostra ricerca?
«Utilizziamo quelli che fanno uso di microsfere dielettriche per concentrare le onde luminose in un “punto”, dove assumono la forma di estensioni o getti tubulari di luce, detti nanojet che, in opportune condizioni, possono assumere dimensioni più piccole della lunghezza d’onda. Le microsfere dielettriche trasparenti possono essere utilizzate come potenziatore di segnale o di contrasto per l'analisi spettroscopica».
Qual è l'obiettivo del vostro lavoro sperimentale?
«È quello di migliorare le prestazioni standard degli obiettivi di microscopia mediante la combinazione di questi con microsfere. Esse raccolgono la luce dalla superficie del campione nella zona in cui la microsfera è appoggiata (zona del nanogetto fotonico) e la trasmettono al rivelatore per analizzare il segnale. In questo modo le microsfere funzionano in modo simile all'obiettivo del microscopio classico, ma sono in grado di acquisire dettagli che normalmente non sono visibili. In futuro questo ridurrà il costo degli obiettivi del microscopio».
Questo lavoro apre nuove possibilità per l'imaging di tessuti biologici, di diversi tipi di materiali, anche in ambiente liquido, e la elaborazione delle informazioni quantistiche in nanodevice più piccoli della lunghezza d'onda.
