Fibre ottiche: le autostrade della luce diventano intelligenti
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Dal controllo della luce a sofisticate analisi a distanza per riconoscere rifiuti pericolosi o scovare tumori ma anche nuove telecamere acustiche ed ecografi miniaturizzati: oggi tutto ciò è possibile grazie alla tecnologia “Lab on Fiber” made in Sannio.
Il gruppo di Optoelettronica del Dipartimento di Ingegneria dell’Università del Sannio, guidato dai professori Antonello Cutolo ed Andrea Cusano, ha ideato e sviluppato una tecnologia innovativa per la realizzazione di Laboratori miniaturizzati e multifunzionali completamente integrati su una fibra ottica, ovvero all’interno di un capello di vetro di 125 micron.
I risultati ottenuti sono stati pubblicati sulla prestigiosa rivista “ACS Nano” dell’American Chemical Society.
La ricerca, condotta in stretta collaborazione con Emanuela Esposito, ricercatrice presso l’istituto di Cibernetica del CNR di Pozzuoli, ha consentito di mettere a punto un processo tecnologico capace di integrare sulle fibre ottiche, comunemente utilizzate nelle telecomunicazioni per trasmettere informazione ad alta velocità, complesse strutture nanometriche realizzate con diversi materiali (aventi determinate proprietà elettriche, fisiche, magnetiche, chimiche, biologiche) opportunamente selezionati per la specifica applicazione.
La scoperta potrebbe realmente aprire nuovi scenari di ricerca e portare allo sviluppo di una generazione di nanodispositivi ottici innovativi, con applicazioni in diversi settori industriali di interesse strategico, dalla salute alla sicurezza ambientale, dal monitoraggio strutturale (autostrade, ponti, ferrovie) ai sistemi di distribuzione dell'energia fino all’ambito bio-medicale.
La piattaforma tecnologica realizzata dai ricercatori sanniti, ad esempio, consente di effettuare complesse analisi di laboratorio sia in vivo che in vitro per la rilevazione di batteri, virus e tumori. Date le piccolissime dimensioni in gioco si possono analizzare campioni aventi volume ridotto, con una conseguente diminuzione sostanziale dei tempi di misura e delle quantità di eventuali rifiuti pericolosi.
Sfruttando le proprietà elastiche dei materiali impiegati, la fibra può persino diventare una sonda in grado di rilevare la presenza e le caratteristiche di onde acustiche, gettando le basi per lo sviluppo di ecografi miniaturizzati e telecamere acustiche innovative. Inoltre la capacità di modificare le proprietà ottiche dei materiali sulla base di stimoli esterni (magnetici, elettrici o meccanici) consente di controllare il flusso della luce, e quindi l’informazione che viaggia in fibra, favorendo sviluppi applicativi nel settore dell’optical computing.
“È un’importante svolta tecnologica - afferma Cusano - che consente di esaltare fino in fondo le enormi potenzialità della Nanofotonica, grazie al connubio, da sempre auspicato ma mai realizzato efficacemente, con le ‘autostrade della luce’, le fibre ottiche. Da un lato la nuova piattaforma tecnologica fornisce nuove modalità di gestione, di elaborazione e manipolazione del flusso di informazioni che viaggia su portante ottica in fibra; dall’altro la tecnologia Lab on Fiber trova concreti esempi applicativi nella realizzazione di array di sensori chimici e biologici, e potrebbe arrivare a competere nell’arco di pochi anni con l’ormai consolidata tecnologia Lab on Chip, sviluppata nel decennio scorso. I nostri nano dispositivi (ossia i laboratori) – continua il docente sannita - vengono infatti realizzati direttamente su una fibra ottica con notevoli vantaggi in termini di dimensioni (e quindi di peso e consumi energetici) e di complessità dei sistemi di interrogazione che si traducono in un abbassamento sostanziale dei costi di analisi”.
La tecnologia sviluppata dai ricercatori sanniti apporta significativi miglioramenti alle procedure e alle metodologie messe a punto di recente nei più prestigiosi centri di ricerca Americani tra cui il MIT, e le università di Harvard e Stanford. “E’ opportuno enfatizzare - sottolinea Cusano - che la nostra ricerca rievoca per certi aspetti la favola di ‘Davide contro Golia’ e vede un piccolo Ateneo come il nostro misurarsi con i giganti della ricerca targati USA grazie alla qualità delle sue competenze; questa pubblicazione rappresenta una enorme soddisfazione per il nostro gruppo che si conferma ai vertici della comunità scientifica dell’Optoelettronica e Fotonica, entrando a pieno diritto tra i gruppi di ricerca di riferimento nel complesso panorama internazionale”.
Una nota significativa che accompagna questo ulteriore traguardo scientifico e che ribadisce la qualità dell’Ateneo Sannita riguarda la composizione del gruppo di ricerca che vede coinvolti oltre a Cusano e Cutolo e al ricercatore a tempo indeterminato Marco Consales, un gruppo di brillanti giovani ricercatori ancora rigorosamente precari Armando Ricciardi e Alessio Crescitelli, tutti con Dottorato di Ricerca targato Università del Sannio. Un successo internazionale “Made in Sannio”, dunque, di notevole importanza strategica e scientifica … in punta di fibra.