La punta di una fibra ottica diventa una sonda miniaturizzata in grado di rivelare e classificare molecole anche in concentrazioni estremamente basse. E' quanto hanno dimostrato i ricercatori del gruppo di Optoelettronica e Fotonica del Dipartimento di Ingegneria dell’Università del Sannio, guidato dai professori Antonello Cutolo ed Andrea Cusano.

A poche settimane dal riconoscimento internazionale ricevuto per la ricerca sugli aghi medicali intelligenti per l'anestesia epidurale, il gruppo di ricerca con base a Benevento si conferma un'eccellenza nel campo della Nanofotonica.

Il gruppo di ricerca infatti ha sviluppato una tecnica litografica innovativa a basso costo per la realizzazione di complesse strutture ordinate e regolari grandi miliardesimi di metro sulla punta di una fibra ottica. “La capacità di decorare la punta della fibra ottica con diversi materiali e strutture su scala nano-metrica consente di trasformare la fibra stessa in un “occhio biologico ad alta risoluzione” in grado di riconoscere molecole biologiche con grande precisione. Per capirne le potenzialità, provate a pensare a quanti risvolti applicativi avrebbe un antenna grande come un capello in grado di rilevare e classificare batteri virus, marker tumorali, stupefacenti, contaminanti alimentari e additivi, sostanze inquinanti e pesticidi” precisa il prof. Andrea Cusano. 

I risultati di questa ricerca sono stati pubblicati sulla prestigiosa rivista “Light Science & Applications” del gruppo Nature e vede tra gli autori oltre ai docenti Andrea Cusano e Antonello Cutolo, i giovani e brillanti ricercatori sanniti Marco Pisco, Giuseppe Quero e Alberto Micco, Francesco Galeotti e Andrea Grisci dell’Istituto per lo Studio delle Macromolecole del CNR di Milano, Lucia Mercaldo e Paola Delli Veneri dell’ENEA di Portici.

Grazie ad un approccio fortemente multidisciplinare, il gruppo integrato ha messo a punto un processo tecnologico estremamente interessante che invece di utilizzare le moderne, potenti ma costose nanotecnologie, sfrutta la capacità di auto-organizzazione naturale di alcune strutture su scala nanometrica. Per capire meglio l'ingegnoso processo, si provi ad immaginare di lasciare cadere una manciata di biglie su una superficie piana: queste si muoveranno fino a disporsi in maniera casuale e disordinata. Quando la stessa operazione viene replicata su scale dimensionali dell'ordine del miliardesimo di metro, accade che, in certe condizioni, gli oggetti continuino a muoversi fino a disporsi da soli in maniera ordinata.

“Proprio queste nanostrutture ordinate costituiscono la chiave per la realizzazione di sonde molecolari ad alta precisione. Una molecola, infatti, opportunamente illuminata genera dei segnali ottici, noti come “segnali Raman”, che ne costituiscono la carta di identità contenendo dettagliate informazioni sulla sua struttura chimica. Le strutture ordinate su scala nanometrica opportunamente integrate sulla punta della fibra ottica (note anche come strutture “SERS”) consentono di amplificare notevolmente tali segnali consentendo l'identificazione e il riconoscimeto delle molecole in maniera molto precisa” spiega il giovane ricercatore sannita Marco Pisco. 

Ricerca di frontiera “made in Sannio” in grado di aprire importanti scenari applicativi: “queste sonde infatti grazie alla loro ridotta dimensione e peculiare geometria possono essere facilmente integrate in aghi medicali per la rilevazione in vivo di markers tumorali, di indicatori biologici, virus e batteri aprendo possibilità enormi nella diagnostica medica soprattutto con riferimento a nuovi approcci tecnologici per una più efficiente lotta contro il cancro”, aggiunge il prof. Antonello Cutolo.

Inoltre, le stesse sonde possono essere efficientemente utilizzate in impianti di depurazione e controllo delle acque, di produzione dei cibi e dei loro imballaggi, oltre a poter essere integrate in moderni sistemi per la “homeland security” contro attacchi terroristici.

Una vera e propria rivoluzione scientifica che conferma non solo il ruolo primario dell'Ateneo Sannita nella ricerca avanzata in optoelettronica e nanofotonica ma soprattutto dimostra ancora una volta, se ce ne fosse ancora bisogno, come nel Sud e soprattutto in Campania siano presenti competenze ed eccellenze di livello internazionale in grado di competere non solo con i potenti Atenei del Nord ma soprattutto con le grandi potenze europee e internazionali nel campo della ricerca avanzata.