Scienze

Il Nobel per la Chimica 2014 ai padri della nanoscopia

L'ultimo Nobel "scientifico" del 2014, quello per la Chimica, premia i lavori di chi ha rivoluzionato le tecniche di microscopia ottica, rendendo visibile l'invisibile.

Eric Betzig, Stefan W. Hell e William E. Moerner: sono questi i nomi dei vincitori del Nobel per la Chimica 2014. I tre scienziati sono stati premiati per aver sviluppato il microscopio a fluorescenza ad altissima risoluzione.

Il riconoscimento va al merito di aver superato, attraverso innovazioni tecnologiche, un limite della microscopia ottica che si pensava invalicabile : la possibilità di ottenere una risoluzione superiore ai 0,2 micrometri, pari cioà alla metà della lunghezza d’onda della luce.

Essenziale. Il microscopio ottico è uno strumento indispensabile per studiare i "mattoni" viventi del corpo umano, come cellule sanguigne, spermatozoi, mitocondri, ma anche batteri e lieviti. Altri metodi di microscopia, come quella elettronica, richiedono preparazioni che finiscono per uccidere le cellule da studiare.

Un ostacolo da rimuovere. A lungo, tuttavia, il microscopio ottico è stato soggetto a una restrizione fisica, formulata nel 1873 dall'ottico e scienziato tedesco Ernst Abbe: secondo Abbe, la risoluzione dei microscopi era limitata, tra le altre cose, dalla lunghezza d'onda della luce. Per gran parte del 20esimo secolo, quindi, i ricercatori hanno lavorato nella convinzione che non si potessero osservare strutture più piccole di circa la metà della lunghezza d'onda della luce (0,2 micrometri).

Si potevano osservare i contorni dei mitocondri, le "centrali elettriche" delle cellule, ma non, per esempio, le interazioni tra le proteine all'interno delle cellule: per gli addetti ai lavori, era come poter guardare dall'alto lo skyline di una città senza poter vedere le facce di chi abita nelle singole case.

Passaggio epocale. Grazie all'utilizzo di molecole fluorescenti, Betzig, Hell e Moerner hanno portato la microscopia ottica a una nuova dimensione: il loro lavoro ha permesso di ottenere microscopi ad altissima risoluzione che vedono cose minuscole, grandi un milionesimo di millimetro. Hanno cioè portato i microscopi ottici a vedere anche a scala nanometrica. Teoricamente non esistono più strutture troppo piccole per poterle osservare con strumenti ottici. La microscopia si è trasformata in nanoscopia.

Nuove frontiere. Oggi, attraverso la nanoscopia si possono osservare le singole molecole che compongono le cellule e il comportamento delle proteine. Si può studiare come le molecole creano sinapsi tra i neuroni nel cervello; si possono tracciare le proteine coinvolte nello sviluppo del Parkinson, della malattia di Alzheimer e di Huntington. Ma anche lo sviluppo delle uova fecondate nel processo che le porta a diventare embrioni, un processo complicato da osservare con tecniche differenti.

Il primo principio. Il limite teorizzato da Abbe è stato aggirato per due vie diverse e ugualmente efficaci. Due sono infatti i principi per i quali i ricercatori sono stati premiati. Il primo è quello della microscopia STED (stimulated emission depletion), sviluppato da Stefan Hell nel 2000. Questo sistema utilizza due raggi laser: uno per far brillare le molecole fluorescenti disposte sul campione, l'altro per cancellare tutta la fluorescenza emessa in una lunghezza d'onda non compatibile con quella su scala nanometrica.

Schema del funzionamento del sistema STED.


La seconda via. L'altra tecnica, chiamata microscopia a singola molecola, ha visto Betzig e Moerner lavorare separatamente per perfezionare lo stesso metodo, che si basa sulla possibilità di attivare e disattivare la fluorescenza delle singole molecole. Visualizzando lo stesso campione più volte viene fatto brillare ogni volta un numero limitato di molecole, e poi le varie immagini vengono sovrapposte in un'unica immagine ad altissima risoluzione su scala nanometrica. Nel 2006 Betzig ha utilizzato questo metodo per la prima volta.

Grazie al contributo di questi tre scienziati, oggi la nanoscopia è una tecnica diffusa in tutti i laboratori del mondo e porta ogni giorno a scoperte importanti per la nostra salute. Ancora una volta - come nel caso del Nobel per la Fisica assegnato ieri - è un premio dai risvolti scientifici concreti, che riconosce l'apporto sociale del lavoro scientifico.

Qui altre curiosità minuto per minuto sul Nobel per la Chimica 2014:

11.42 - Ritardatari. Il Nobel per la chimica verrà annunciato con 5-10 minuti di ritardo. Causa traffico? Qualcuno è dovuto correre in bagno e non si trova? O l'annuncio è importante e ci si prende più tempo per un annuncio epocale?

11.42 - A chi va - di solito - il Nobel per la Chimica? Il Nobel per la chimica verrà annunciato con 5-10 minuti di ritardo. Causa traffico? Qualcuno è dovuto correre in bagno e non si trova? O l'annuncio è importante e fanno in modo che tutti siano pronti?

The announcement of the #nobelprize2014 in Chemistry is delayed 5-10 minutes!

— The Nobel Prize (@NobelPrize) October 8, 2014

11.37 - A chi va - di solito - il Nobel per la Chimica?

Top 10 list of the Chemistry Laureates (1901-2013) sorted by field: pic.twitter.com/myNjH1yKbO

— The Nobel Prize (@NobelPrize) October 8, 2014

11.27 - Chi potrebber vincere? Il Nobel per la Chimica potrebbe andare a Ching Tang della Hong Kong University of Science and Technology, o a Steven Van Slyke della Kateeva Inc, per aver ideato i diodi organici a emissione di luce (OLED), una tecnologia che permette di realizzare display a colori capaci di emettere luce propria, che sta trovando larghissima applicazione nell'industria elettronica. farebbe il paio con i LED a luce blu premiati con il Nobel per la Fisica ieri.

Altri possibili vincitori potrebbero essere Charles Kresge, Ryong Ryoo, e Galen Stucky per i loro studi sul ruolo dei materiali detti "mesopori" (cioè di dimensioni simili a quelle dei pori della nostra pelle) nel trasferire farmaci mirati alle cellule colpite da cancro (ma avrebbero anche molte altre possibili applicazioni).

Graeme Moad, Ezio Rizzardo e San H. Thang, tre scienziati dell'Australia's Commonwealth Scientific and Industrial Research Organization (CSIRO), potrebbero invece essere premiati per le loro ricerche su un particolare processo di sintesi di polimeri, detto RAFT (Reversible Addition-Fragmentation chain Transfer polymerization), scoperto nel 1998. L'impiego di polimeri trova moltissime applicazioni pratiche: si pensi a quelle del Teflon, usato persino nella sostituzione di vasi sanguigni.

11.18 - Il Nobel per la Chimica in numeri

105: sono i Nobel per la Chimica assegnati dal 1901.

4: le donne a vincere il Nobel per la Chimica
58: l'età media dei vincitori (al momento della consegna del premio)
63: i Nobel per la Chimica dati a un unico vincitore (è il record)

Per ingannare l'attesa del Nobel, guardatevi questi esperimenti chimici in slow motion.

8 ottobre 2014 Elisabetta Intini
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