Qualsiasi sistema ottico, per quanto potente, non può distinguere due oggetti che distano tra di loro meno della metà della lunghezza d’onda della luce che lo strumento utilizza come sorgente. A causa di questo limite a priori, un microscopio ottico non può avere un potere risolutivo superiore ai 200 nanometri. Da alcuni anni, però, è apparso sulla scena un microscopio che, pur usando luce visibile, può raggiungere la risoluzione di un microscopio elettronico a scansione (il SEM, di cui abbiamo parlato nello scorso numero) e distinguere dettagli dell’ordine dei 10 nanometri. Si chiama SNOM. L’acronimo inglese sta per “Scanning Nearfield Optical Microscope”.

In realtà, lo SNOM utilizza sì luce visibile (luce laser, per la precisione), ma, come dice la prima parola della sua denominazione, non lo fa nel modo di un normale microscopio ottico e, anziché illuminare il campione con un fascio di luce, lo accarezza con una sottilissima punta. Lo SNOM, difatti, è l’ultimo rampollo di una famiglia di microscopi che hanno fatto la loro comparsa a metà degli anni ’80 e che prendono il nome generico di microscopi con sonda di scansione.

Il fenomeno fisico che sta alla base del funzionamento di tutti questi microscopi è chiamato piezoelettricità. é stato scoperto alla fine dell’800 ed è lo stesso su cui si basa anche il funzionamento degli accendigas: il fenomeno per cui alcuni materiali si elettrizzano quando vengono deformati elasticamente e, viceversa, si deformano se assoggettati a un campo elettrico. Questa correlazione è molto precisa e permette, grazie a uno speciale meccanismo di retroazione, di guidare l’appuntita sonda di dimensioni monoatomiche lungo le gibbosità della superficie scansionata, restituendone la topografia a una risoluzione nanometrica. Con questa specie di finissima “mosca cieca”, il primo di questi microscopi, chiamato STM (Scanning Tunneling Microscope), permette di “vedere” la configurazione atomica delle superfici dei campioni osservati (che però devono essere metallici o metallizzati). Con la successiva generazione di microscopi a sonda di scansione, gli AFM (Atomic Force Microscope), oltre alla microtopografia della superficie del campione, si possono ottenere anche immagini della distribuzione delle valenze chimiche. Con questo tipo di microscopi, inoltre, la gamma dei campioni possibili si estende anche alle sostanze organiche.

I microscopi SNOM costituiscono l’ultima frontiera di questo progresso. Invece di una punta metallica, lo SNOM utilizza una speciale fibra ottica, sulla cui testa appuntita è stato praticato un forellino. Il foro è così piccolo che la luce rimane parzialmente intrappolata in prossimità della punta della sonda, formando, anziché un fascio, una specie di goccia. La luce resta così localizzata in un campo molto ravvicinato alla punta (nearfield, appunto). In questo modo, per ogni punto della scansione, assieme alle informazioni topografiche, la sonda raccoglie anche informazioni ottiche molto precise su quale e quanta luce assorba/rifletta quella microscopica porzione di superficie. Se si aggiunge che per l’osservazione non occorre sottoporre il campione a nessuna colorazione, si può comprendere il crescente interesse che questo nuovo strumento sta riscuotendo nei laboratori di ricerca biomedica.

In basso, globuli rossi all’AFM. L’immagine mostra la topografia di uno striscio di sangue visualizzata a partire dalle informazioni sulle interazioni atomiche tra il campione e la sonda raccolte durante la scansione. Le altre due immagini sono state realizzate allo SNOM e rappresentano un fibroblasto di derma umano. L’immagine a sinistra restituisce la topografia della cellula, mentre quella a destra dà l’informazione ottica.
Tutte e tre le immagini sono state realizzate presso il laboratorio della A.P.E. Research di Trieste (APE sta per Applied Physics and Engineering), specializzata nella costruzione di microscopi con sonda di scansione e unica produttrice italiana di microscopi SNOM.

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