Arriva il microscopio quantistico: un salto di qualità impressionante. L’uso di una proprietà quantistica con la luce ha permesso ai ricercatori di esaminare le cellule viventi con dettagli senza precedenti senza distruggerle, una tecnica che potrebbe migliorare le diagnosi mediche e la ricerca microbiologica.
I microscopi che vengono generalmente utilizzati per esaminare i sistemi biologici viventi emettono una o due luci brillanti sui loro bersagli e fonti di luce più potenti consentono ai ricercatori di vedere le cellule in modo più dettagliato. Ma questo approccio ha un limite fondamentale alla precisione che può raggiungere: a un certo punto, una luce abbastanza potente distruggerà una cellula vivente.
“La nostra comprensione della vita così com’è ora si è basata quasi interamente sulla qualità dei nostri microscopi“, afferma Warwick Bowen dell’Università del Queensland in Australia. “Siamo davvero limitati dalla tecnologia e non è ovvio come rompere i limiti esistenti perché abbiamo già spinto l’intensità il più in alto possibile senza distruggere la cellula“.
Bowen ed i suoi colleghi hanno trovato un modo per superare questo problema. Hanno usato un tipo di microscopio con due sorgenti di luce laser, ma hanno inviato uno dei raggi attraverso un cristallo appositamente progettato che “spreme” la luce. Lo fa introducendo correlazioni quantistiche nei fotoni, le particelle di luce nel raggio laser.
I fotoni sono stati accoppiati in coppie correlate e quelli che avevano energie diverse dagli altri sono stati scartati invece di essere accoppiati. Questo processo ha abbassato l’intensità del raggio diminuendo il suo rumore, il che ha consentito un’immagine più precisa.
“Per ottenere questo tipo di misurazione senza correlazioni quantistiche, dovresti aumentare l’intensità“, afferma Bowen. “Ma se aumentassi l’intensità abbastanza da corrispondere a questi risultati, distruggeresti il campione, quindi siamo in grado di esaminare cose che in precedenza sarebbero state impossibili da vedere“.
Questi includevano la parete di una cellula di lievito (Saccharomyces cerevisiae), che è spessa circa 10 nanometri, così come il fluido all’interno di una cellula, entrambi i quali sarebbero deboli anche con i migliori microscopi non quantistici e completamente invisibili con i microscopi standard . Osservare queste minuscole parti dei tessuti viventi potrebbe aiutarci a comprendere le basi della vita alle scale più piccole.
“Questo è un progresso molto entusiasmante nel campo della microscopia ottica che apre le porte al miglioramento del funzionamento dei microscopi all’avanguardia, a intensità di luce che sono proprio alla soglia dei campioni biologici dannosi“, afferma Frank Vollmer a l’Università di Exeter nel Regno Unito.
I microscopi quantistici avranno anche applicazioni pratiche, afferma Bowen. Ad esempio, i microscopi a base di luce vengono spesso utilizzati per determinare se le cellule sono cancerose o per diagnosticare altre malattie e la luce spremuta potrebbe migliorare significativamente la sensibilità di tali test e accelerarli, afferma.
Riferimento della rivista: Nature , DOI: 10.1038/s41586-021-03528-w
