La luce: un’alleata importante per la medicina, la biologia e i beni culturali

Uno dei tanti campi di applicazione è l’analisi funzionale del cervello e dei muscoli nell’uomo. Si tratta della spettroscopia funzionale nel vicino infrarosso, tecnica ottica non invasiva che permette di associare alle variazioni dei parametri ottici le variazioni del metabolismo ossidativo dell’ossigeno. La tecnica fNIRS (functional Near Infrared Spectroscopy) è una valida alternativa rispetto alle tradizionali tecniche di Risonanza Magnetica Funzionale (fMRI), per il costo più contenuto e la maggiore maneggevolezza. Non solo: la tecnica fNIRS può essere utilizzata in un ambiente naturale e per lo studio di compiti che richiedono un’attività motoria o cognitiva esplicita. Oltre alla costruzione di modelli teorici, il laboratorio si occupa di sviluppare veri e propri prototipi strumentali dotati di componenti innovativi e, grazie alla loro miniaturizzazione, indossabili.

Anche un ambito all’apparenza molto lontano da quello della fisica, come quello artistico, beneficia delle tecniche all’avanguardia della fotonica. Le tecniche di ArtIS (Imaging and Spectroscopy for Art) sono infatti utili alleate per la conservazione del patrimonio storico-artistico, perché forniscono importanti informazioni sia sullo stato di conservazione delle opere d’arte, sia sulle tecniche utilizzate dagli artisti per la realizzazione dell’opera. Per fare questo vengono utilizzate tecniche come la spettroscopia ottica e l’imaging iperspettrale.

Infine, la fotonica può essere utilizzata anche in ambito biomedico per lo studio dei tessuti, degli organi e degli organismi. La luce laser permette infatti l’osservazione piano per piano dei campioni, rendendo così possibile la loro ricostruzione tridimensionale o addirittura quadridimensionale. La microscopia e tomografia ottica (OMT) viene applicata, attraverso l’utilizzo di strumenti meno costosi e meno invasivi di quelli standard, nello studio della morfologia del cervello e delle sue malattie, delle disfunzioni cardiovascolari, della rigenerazione cellulare, ma anche delle proprietà genetiche che permettono ad alcune piante di ripararsi dalle condizioni esterne avverse. Uno dei progetti all’avanguardia è, in collaborazione con il CNR, il “laboratorio su chip”, ovvero un intero sistema ottico all’interno di un minuscolo blocchetto di vetro, che rende possibile lo studio delle singole cellule grazie ad una tecnica di super risoluzione.

Queste e tante altre applicazioni della fotonica sono illustrate nel video dalle professoresse Paola Taroni e Daniela Comelli e dalle ricercatrici Rebecca Re e Alessia Candeo.