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Microscopio a illuminazione strutturata 3D

Se la concorrenza è l’anima del commercio, i limiti fisici, potremmo dire, sono l’anima della ricerca tecnologica. Certamente così è stato per il limite teorico stabilito da Ernst Abbe nel 1873, a cui abbiamo già accennato varie volte, a cominciare dal novembre 2002, quando si è parlato per la prima volta di microscopia con sonda di scansione. Affermavamo allora che qualsiasi sistema ottico, per quanto potente, non può distinguere due oggetti che distino tra di loro meno della metà della lunghezza d’onda della luce. Siccome la luce a cui sono sensibili le nostre pupille ha una lunghezza d’onda che va da circa 400 nm (violetto) a circa 700 nm (rosso), un microscopio ottico non potrà avere un potere risolutivo superiore ai 200 nanometri.
Lo sforzo ideativo prodotto dal limite di Abbe non solo ha portato a mettere a punto diverse tecniche microscopiche che non utilizzano luce visibile (come la microscopia elettronica o, appunto, quella con sonda di scansione), ma si è anche indirizzato verso un perfezionamento della stessa microscopia ottica, per costruire strumenti che permettessero di indagare le strutture nanometriche senza rinunciare ai molteplici vantaggi della nostra luce.
Di un modo di aggirare il limite di Abbe abbiamo già parlato nell’aprile 2009, presentando il microscopio ottico a campo prossimo con sonda di scansione (SNOM), che perlustra le superfici del campione con una punta di dimensioni nanometriche. In questo numero presentiamo una tecnica che, anziché sul lato del sensore, interviene sul lato della luce, ottenendo cioè informazioni più precise attraverso un’illuminazione opportunamente strutturata.
L’idea di illuminare l’oggetto con diversi fasci di luce per ricavare informazioni dalla loro interferenza è stata abbondantemente utilizzata sulle scale geofisiche, in particolare nel telerilevamento radar. Passando a più riprese sulla stessa zona il radar “illumina” la scena da punti leggermente diversi, raccogliendo informazioni sia sull’intensità del segnale di ritorno che sulla fase di questo segnale. I due fasci di onde si sommano e si sottraggono formando delle bande regolari che, proiettate sul terreno, ne evidenziano la struttura tridimensionale (più elevata è la pendenza, più fitte sono le frange di interferenza).
La tecnologia per utilizzare l’amplificazione dell’informazione prodotta dall’interferenza dei fasci luminosi sulle scale microscopiche è stata invece elaborata solo in questi ultimi anni, arrivando recentemente ad aumentare sensibilmente la risoluzione spaziale del microscopio laser. Sia sulle scale geofisiche che su quelle microscopiche, il processo di estrazione dell’informazione richiede diversi passaggi e complesse trasformazioni matematiche dei dati.

In alto, una sezione ottica di due nuclei di cellula di topo, in profase (la fase mitotica in cui la cromatina si condensa in cromosomi).
In rosso, i cromosomi; in verde, i microtubuli del citoscheletro; in blu, la membrana nucleare. La barra sulla destra misura 5 μm.
Più sotto, i rilievi e gli avvallamenti della membrana di un nucleo di cellula di topo (sempre in profase), visto da diverse prospettive. In rosso, i cromosomi; in verde, la membrana nucleare. Le micrografie sono state realizzate con tecniche di microscopia tridimensionale a illuminazione strutturata
(3D-SIM) da Lothar Schermelleh (Micron Advanced Bioimaging Unit, Università di Oxford).

 

 

 

2013-09-05T15:13:37+00:00 venerdì 1 marzo 2013|Categories: cartoline dalla scienza|Tags: , , , , |