Gli scienziati hanno progettato un dispositivo ultra miniaturizzato in grado di visualizzare direttamente singole cellule senza la necessità di un microscopio o rendere possibile l'analisi chimica delle impronte digitali da uno smartphone.

Il dispositivo, fatto da un singolo nanofilo 1000 volte più sottile di un capello umano, è lo spettrometro più piccolo mai progettato. Potrebbe essere utilizzato in potenziali applicazioni come la valutazione della freschezza degli alimenti, la qualità dei farmaci, o anche identificare oggetti contraffatti, tutto da una fotocamera dello smartphone. I dettagli sono riportati nella rivista Scienza .

Nel XVII secolo, Isacco Newton, attraverso le sue osservazioni sulla scissione della luce da parte di un prisma, ha gettato i semi per un nuovo campo della scienza che studia le interazioni tra luce e materia:la spettroscopia. Oggi, gli spettrometri ottici sono strumenti essenziali nell'industria e in quasi tutti i campi della ricerca scientifica. Attraverso l'analisi delle caratteristiche della luce, gli spettrometri possono raccontarci i processi all'interno delle nebulose galattiche, milioni di anni luce di distanza, fino alle caratteristiche delle molecole proteiche.

Però, anche adesso, la maggior parte degli spettrometri si basa su principi simili a quanto dimostrato da Newton con il suo prisma:la separazione spaziale della luce in diverse componenti spettrali. Tale base limita fondamentalmente le dimensioni degli spettrometri al riguardo:sono solitamente ingombranti e complessi, e difficile da ridurre a dimensioni molto più piccole di una moneta. Quattrocento anni dopo Newton, I ricercatori dell'Università di Cambridge hanno vinto questa sfida per produrre un sistema fino a mille volte più piccolo di quelli precedentemente riportati.

La squadra di Cambridge, lavorare con colleghi del Regno Unito, Cina e Finlandia, utilizzato un nanofilo la cui composizione materiale è variata lungo la sua lunghezza, consentendogli di rispondere a diversi colori di luce attraverso lo spettro visibile. Utilizzando tecniche simili a quelle utilizzate per la fabbricazione di chip per computer, hanno quindi creato una serie di sezioni sensibili alla luce su questo nanofilo.

"Abbiamo progettato un nanofilo che ci permette di eliminare gli elementi disperdenti, come un prisma, producendo un molto più semplice, sistema ultra miniaturizzato di quanto gli spettrometri convenzionali possano consentire, " ha detto il primo autore Zongyin Yang del Cambridge Graphene Centre. "Le risposte individuali che otteniamo dalle sezioni dei nanocavi possono quindi essere direttamente inserite in un algoritmo informatico per ricostruire lo spettro della luce incidente".

"Quando scatti una fotografia, le informazioni memorizzate in pixel sono generalmente limitate a soli tre componenti:rosso, verde, e blu, " ha detto il co-primo autore Tom Albrow-Owen. "Con il nostro dispositivo, ogni pixel contiene punti dati provenienti da tutto lo spettro visibile, così possiamo acquisire informazioni dettagliate ben oltre i colori che i nostri occhi possono percepire. Questo può dirci, ad esempio, sui processi chimici che si verificano nella cornice dell'immagine."

"Il nostro approccio potrebbe consentire una miniaturizzazione senza precedenti dei dispositivi spettroscopici, in una misura che potrebbe vederli incorporati direttamente negli smartphone, portando potenti tecnologie analitiche dal laboratorio al palmo delle nostre mani, " ha detto il dottor Tawfique Hasan, che ha condotto lo studio.

Uno degli usi potenziali più promettenti del nanofilo potrebbe essere in biologia. Poiché il dispositivo è così piccolo, può visualizzare direttamente singole cellule senza la necessità di un microscopio. E a differenza di altre tecniche di bioimmagine, le informazioni ottenute dallo spettrometro a nanofili contengono un'analisi dettagliata dell'impronta chimica di ciascun pixel.

I ricercatori sperano che la piattaforma che hanno creato possa portare a una generazione completamente nuova di spettrometri ultracompatti che funzionano dall'ultravioletto all'infrarosso. Tali tecnologie potrebbero essere utilizzate per un'ampia gamma di consumatori, ricerca e applicazioni industriali, anche nei sistemi lab-on-a-chip, impianti biologici, e dispositivi indossabili intelligenti.

Il team di Cambridge ha depositato un brevetto sulla tecnologia, e spera di vedere applicazioni nella vita reale entro i prossimi cinque anni.