Pinzette da Nobel alla Politecnica

Il premio Nobel per la Fisica di quest’anno è stato assegnato per invenzioni innovative nel campo dei laser. Uno dei premiati è Arthur Ashkin, inventore delle pinzette ottiche, meglio note nella comunità scientifica come “optical tweezers”, una tecnologia che permette la manipolazione di oggetti di dimensioni che vanno dal decimo al decimillesimo di millimetro utilizzando un fascio laser focalizzato.

Gli oggetti, tipicamente sferette dielettriche o cellule di vario tipo, vengono intrappolati dalla luce e poi fatti muovere proprio come se li si manipolasse con delle pinzette. La possibilità di muovere oggetti delle dimensioni di una cellula senza contatto diretto ha fatto sì che le pinzette ottiche abbiano trovato largo utilizzo in diversi ambiti  della fisica e della biologia. Le pinzette ottiche e le loro applicazioni sono da alcuni anni argomento di ricerca anche presso i laboratori di ottica dell'Università Politecnica delle Marche, che ospitano un apparato interamente realizzato dai ricercatori Univpm, dedicato all’utilizzo di questa potente e versatile tecnologia. I laboratori si trovano nel Dipartimento di Scienze e Ingegneria della Materia, dell'Ambiente ed Urbanistica della Facoltà di Ingegneria.

In particolare, la manipolazione ottica di oggetti micrometrici viene qui studiata in relazione alle proprietà dei cristalli liquidi, materiali ad alto impatto tecnologico ed essenziali in molti processi biologici. I cristalli liquidi sono infatti alla base del funzionamento dei moderni schermi televisivi, dei telefoni cellulari e degli schermi dei computers, e giocano un ruolo fondamentale nella formazione di molte strutture biologiche come ad esempio le membrane cellulari. La combinazione della tecnologia delle pinzette ottiche con le proprietà di questi materiali ha arricchito l’effetto di nuovi interessanti aspetti, uno tra tutti un forte aumento del raggio d’azione delle forze responsabili dell’intrappolamento ottico, utilissimo nella prospettiva di ingegnerizzare cellule inserendo al loro interno materiale biologico esogeno. Essa offre inoltre nuove strategie per lo studio delle proprietà microscopiche di cristalli liquidi di vario tipo, ad esempio quelli formati dal DNA, che sembrano aver avuto un ruolo nella formazione delle prime biomolecole.

LAVORI DI RICERCA UNIVPM
- L. Lucchetti, L. Criante, F. Bracalente, F. Aieta and F. Simoni, Optical trapping induced by nonlocal reorientational effects in nematic liquid crystal, Phys. Rev. E, 84 (2011), 021702
- L. Lucchetti, L. Criante, F. Bracalente, F. Aieta and F. Simoni, Effect of nonlinear optical reorientation on optical trapping in nematic liquid crystals, Nonlinear Optics and Quantum Optics, 43 (2012), 259
- F. Simoni, F. Aieta, F. Bracalente, L. Criante and L. Lucchetti, Optical Manipulation in Liquid Crystals: Effects of Tight Focusing on Nonlinear Optical Reorientation, Mol. Cryst. Liq. Cryst., 559  (2012), 1
- L. Criante, F. Bracalente, L. Lucchetti, F. Simoni, E. Brasselet, Electrically tunable optoelastic interaction range of nematic colloids, Soft Matter, 9, 5459 (2013)
- F. Simoni, F. Bracalente, E. Brasselet, L. Criante, L. Lucchetti, Electrical tuning of optoelastic interaction in nematic colloids, Mol. Cryst. Liq. Cryst., 595(1)  (2014), 21-28
- F. Simoni, S. Lalli, L. Lucchetti, L. Criante, and E. Brasselet, Enhanced optoelastic interaction range in liquid crystals with negative dielectric anisotropy, Appl. Phys. Lett., 104, 011112 (2014)