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Maneggiati da un raggio di luce
di Giancarlo Sturloni
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Delicatissime
"pinzette" di luce laser con cui intrappolare e manipolare oggetti grandi quanto
la centesima parte di un capello. Sono state costruite - ha annunciato Science -
da un gruppo di ricercatori scozzesi della St. Andrews University.
Questi
gioielli della tecnologia permetteranno di mettere a punto micromeccanismi o di
maneggiare con assoluta precisione strutture biologiche come proteine e
cromosomi.
Saranno il punto di forza dei nanorobot del futuro e serviranno anche
per ottenere farmaci più efficaci. Galileo ha intervistato Kishan Dholakia, a
capo dell'équipe di progettisti Lo dice anche la saggezza popolare:
"spaccare un capello in quattro" è impresa per nulla semplice. Allora spaccare
un capello in cento deve essere ai limiti dell'impossibile.
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Eppure, secondo
quanto riferito nell'ultimo numero della rivista Science, un gruppo di
ricercatori scozzesi della St. Andrews University ha messo a punto un sistema
che permette di muovere e ruotare nello spazio anche i più delicati oggetti
microscopici, grandi appunto quanto la centesima parte di un capello,
intrappolandoli in un fascio di luce. Questa tecnica consentirà di manipolare le
minutissime componenti di micromacchine o strutture biologiche con una
precisione e una facilità di controllo senza precedenti. "La nostra
tecnica", spiega Kishan Dholakia, che guida il gruppo di ricerca, "permetterà di
realizzare miscelatori, centrifughe e altri microcomponenti in grado di far
funzionare macchine minuscole ed economiche, i microautomi del prossimo futuro.
Non solo. Potremo orientare intere cellule o strutture sub-cellulari per
studiare numerosi processi biologici. E favorire la scoperta di nuovi farmaci".
Un farmaco, infatti, è una molecola in grado di interagire con altre molecole,
spesso proteine, coinvolte in una malattia. Le molecole sono strutture
tridimensionali e interagiscono legandosi fra loro grazie a una sorta d'incastro
in tre dimensioni. Sfruttando la tecnologia di Dholakia e dai suoi
collaboratori, si potranno ruotare le molecole biologiche nello spazio per
cercare nuovi incastri o, in altre parole, nuovi farmaci.
La tecnica
scozzese è stata collaudata con successo su sferette di silicio di pochi micron
e microscopiche bacchette di vetro che potrebbero essere usate per mescolare
minute quantità di liquido. Ma funziona anche sui cromosomi e potrebbe essere
applicata ad altre componenti cellulari, come i mitocondri o le strutture del
citoscheletro. "Si potrebbe persino far cambiare direzione a un organismo
cellulare inducendo la rotazione dei fasci di microtubuli che si trovano
all'interno", suggerisce Dholakia.
Dholakia e il suo team hanno
perfezionato la cosiddetta tecnologia delle pinzette ottiche: si sfrutta la
forza di un gradiente ottico per intrappolare oggetti di piccole dimensioni
all'interno di un fascio luminoso. Tutti gli oggetti con indice di rifrazione
maggiore dell'ambiente circostante, infatti, sono attratti verso il punto in cui
la luce ha la massima intensità, cioè verso il punto di focalizzazione del
fascio. Spostando il punto di focalizzazione del fascio, si possono spostare gli
oggetti intrappolati al suo interno. Nella fecondazione assistita, questa
tecnica viene usata per introdurre gli spermatozoi nella cellula uovo.
Ma anziché usare una singola sorgente luminosa, il gruppo di Dholakia ha
combinato due laser speciali per generare un fascio di luce a forma di spirale e
intrappolare i micro-oggetti in un braccio di questa spirale. Manipolando
l'orientazione di uno dei laser, è possibile fare in modo che la spirale ruoti.
E poiché i micro-oggetti sono vincolati alla spirale, subiranno a loro volta una
rotazione. "La nostra tecnica", afferma Dholakia, "funziona con qualunque
materiale e permette un completo controllo del senso di rotazione e della sua
velocità. L'unico limite riguarda la dimensione degli oggetti, che non può
essere inferiore alla capacità di focalizzazione del raggio luminoso,
attualmente pari a circa mezzo micron, cioè due millesimi di millimetro".
L'iniziativa del progetto è partita dal Consiglio di ricerca britannico
per l'ingegneria e le scienze fisiche. Da un anno, fisici e biologi della St.
Andrews University lavorano fianco a fianco con un obiettivo comune. "Riuscire a
pilotare otticamente microcomponenti che possano funzionare all'interno di una
cellula", dice Dholakia, "e realizzare il primo laboratorio in miniatura per
test biochimici in vivo".