Ricercatori del Cnr con l’Istituto di fotonica e nanotecnologie e l’Istituto di ricerca genetica e biomedica, del Politecnico di Milano e di Humanitas hanno sviluppato un particolare filtro ottico che, applicato a tecniche di spettroscopia Brillouin, permette di misurare l’elasticità di strutture sub-cellulari come i tessuti ossei. L’innovativo dispositivo, descritto su Nature Communications, è stato realizzato in collaborazione con Specto Photonics.

La spettroscopia Brillouin è una tecnica ottica che permette di misurare, su scala microscopica e senza contatto fisico, le proprietà meccaniche della materia organica e inorganica; una tecnica non invasiva già utilizzata in ambito biomedico, che per esempio permette di misurare in vivo e in 3D l’elasticità delle strutture sub-cellulari. L’impiego della spettroscopia Brillouin, tuttavia, è ancora limitato perchè si basa sulla rilevazione di un segnale ottico debolissimo, sovrastato da disturbi ottici circa 1 miliardo di volte più forti, dovuti alla luce utilizzata per eccitare il campione, e ancora più forti quando il materiale è torbido.

Per superare questo ostacolo, il team ha ideato e messo a punto un filtro ottico innovativo, denominato Birefringence-Induced Phase Delay (BIPD), molto compatto, «in grado di sopprimere con un livello di attenuazione senza precedenti i forti disturbi dovuti alla luce di eccitazione» sottolnea Cristian Manzoni, ricercatore del Cnr-Ifn, tra gli autori del lavoro. «Grazie al filtro – aggiunge - è stato possibile finalmente acquisire immagini ad alta risoluzione delle proprietà elastiche di vari campioni dove i disturbi ottici sono solitamente dominanti, come ad esempio i tessuti ossei».

L’obiettivo, come spiega Giuseppe Antonacci, della Specto Photonics, è ora di realizzare uno strumento che permetta di misurare proprietà meccaniche in tessuti opachi, fino a oggi inaccessibili con le tecniche convenzionali.

Un primo test è stato effettuato su un modello sperimentale affetto da osteopetrosi, una rara malattia genetica caratterizzata da una densità ossea maggiore rispetto alla norma: il filtro BIPD ha permesso di osservare le alterazioni delle proprietà meccaniche presenti nel tessuto osseo su scala micrometrica.