Fotografare la visione (La Stampa, Tuttoscienze)

Da un mio articolo su La Stampa (link all’originale)

Mentre state leggendo queste prime parole nel vostro occhio stanno avvenendo milioni di reazioni chimiche cicliche che vi permettono di vedere. Un processo talmente veloce che nel passato è sempre sfuggito a qualunque tipo di osservazione. In uno studio apparso sulla rivista Nature, il team del professor Marco Garavelli dell’Università di Bologna, in un progetto internazionale che ha visto la collaborazione del Politecnico di Milano e della University of California di Berkeley, è riuscito per la prima volta al mondo a immortalare gli istanti iniziali del processo chimico responsabile della visione. Non solo, lo studio ha dimostrato una volta per tutte l’esistenza delle intersezioni coniche, aree capaci di accelerare le reazioni chimiche ma la cui presenza era prevista solo a livello teorico.

L’occhio umano è composto da milioni di cellule tra cui i bastoncelli, strutture responsabili della visione notturna, capaci di captare la luce e trasformarla in impulso nervoso grazie alla presenza di una proteina chiamata rodopsina. Nel cuore di essa vi è il retinale, una molecola sensibile alla luce che è in grado di dare il via alla complessa serie di reazioni che generano l’impulso elettrico. «Il fenomeno che sta alla base della visione è uno di quei processi foto-chimici più veloci che si conoscano in natura. Dal momento in cui un fotone colpisce una molecola di rodopsina la prima reazione si conclude in un tempo brevissimo pari a circa 200 femtosecondi» dichiara Marco Garavelli. Il retinale, in quell’istante in cui i fotoni impattano con l’occhio, cambia rapidamente la propria forma generando così la cascata di reazioni che portano alla visione. Il processo oltre ad essere molto veloce ed estremamente efficiente è rimasto per molto tempo misterioso. Mai nessuno infatti era riuscito ad osservarlo in maniera diretta e a decifrarne ogni singolo cambiamento conformazionale.

Dopo più di dieci anni di studi finalmente i gruppi di ricerca coinvolti nell’esperimento sono stati in grado di realizzare una sorta di filmato in tempo reale di questo processo di trasformazione. Il lungo lavoro che ha portato allo straordinario risultato si è diviso in due parti. La prima, ad opera del professor Garavelli, ha avuto come obiettivo l’ottenimento, attraverso l’utilizzo di potenti calcolatori, della simulazione virtuale di come avviene la reazione. Un filmato dettagliato di ogni minimo cambiamento conformazionale della rodopsina. La seconda, grazie al professor Cerullo del Politecnico di Milano, a “filmare” in tempo reale la reazione che avviene a livello oculare. Ciò è stato possibile grazie all’utilizzo di una sorta di “telecamera”, in grado di catturare ogni singolo fotogramma della reazione, attraverso flash di luce laser ultraveloci dell’ordine di pochi miliardesimi di milionesimi di secondo. «La nostra simulazione ottenuta attraverso strumenti informatici è stata confrontata con i risultati provenienti dagli esperimenti effettuati a Milano. Straordinariamente i dati rilevati sperimentalmente combaciavano perfettamente con la simulazione al computer» continua Garavelli.

Come detto in precedenza, i risultati ottenuti hanno fornito la prova pratica dell’esistenza di un particolare processo noto con il nome di “intersezioni coniche” o, più semplicemente “buchi neri della chimica”. Sino ad oggi, queste aree previste solo a livello teorico, sono state finalmente dimostrate a livello sperimentale. Come dichiara Garavelli, «Il fenomeno può essere paragonato a quello che si verifica in campo astronomico. In analogia ai buchi neri appunto, le intersezioni coniche sono dei punti in grado di attirare, catturare e infine accelerare le molecole in gioco rendendo così la reazione chimica estremamente veloce ed efficiente. Ciò spiega l’elevata sensibilità dell’occhio umano e non solo». Pensiamo ad esempio alla visione notturna di molti animali che riescono a percepire, in condizioni di luce quasi assenti, la più flebile delle sorgenti luminose. Questa grande sensibilità dell’occhio è proprio possibile grazie alla velocissima reazione foto-chimica.

Aver decifrato ogni singola fase della complessa e repentina reazione porterà, seppur non nell’immediato, a possibili applicazioni tecnologiche. «Studiare il comportamento delle proteine coinvolte nella visione è il passo necessario per lo sviluppo di tecnologie basate sulle reazioni foto-chimiche» conclude Garavelli. Imparando dunque dai processi che avvengono continuamente in natura è possibile pensare alla progettazione futura di sistemi, basati sulla sintesi di molecole analoghe a quelle biologiche, come memorie ottiche e sensori di luce simili alla retina. Non solo, lo studio di queste reazioni foto-chimiche è essenziale per comprendere il fenomeno biologico della foto protezione del DNA dalle radiazioni solari.

L’originale sul cartaceo (clicca per ingrandire):

TECNOLOGIA/ Il raggio “fotonico” che ci dirà quando la frutta è matura

Un mio articolo tratto da ilsussidiario.net
frutta

Link all’articolo originale

Spesso nei supermercati o sulle bancarelle assistiamo all’antico rito del “controllo qualità” sulla frutta esposta. Ognuno ha le sue tecniche, dal tastare particolari punti del frutto ad annusarli passando per un’attenta analisi visiva. Metodi tradizionali che a volte lasciano deluso l’acquirente al momento del consumo.

Da oggi però questo problema potrebbe essere risolto. Grazie a una tecnologia studiata nel laboratorio fNIRS Lab (Functional Near InfraRed Spectroscopy Lab) del Dipartimento di Fisica del Politecnico di Milano, nell’ambito del progetto europeo InsideFood, si potrà valutare il grado di maturazione e la qualità della frutta.

In realtà il problema sul grado di maturazione dei frutti non è esclusivo solo di chi compra ma coinvolge tutta la filiera agroalimentare. La tecnica, chiamata “spettroscopia di riflettanza nel dominio del tempo”, porterà un vantaggio notevole al produttore, al grossista e infine all’utilizzatore finale. Il produttore potrà competere coi nascenti mercati asiatici, il grossista potrà offrire una migliore logistica nelle consegne scegliendo il momento migliore per la distribuzione e il consumatore finale ne guadagnerà in gusto e salute.

La caratteristica fondamentale da sottolineare è che questa tecnica non è distruttiva poiché utilizza solamente un raggio di luce. La valutazione viene fatta illuminando il frutto con degli impulsi di luce laser. Attraversando il frutto il raggio di luce subisce diverse modificazioni da cui poter ricavare molte informazioni. Innanzitutto informazioni sul grado di maturazione alla raccolta e durante la conservazione e successivamente sulla qualità in generale del prodotto. La tecnica utilizzata è una particolare applicazione di una branca della fisica chiamata “fotonica”. Questa disciplina studia come si propagano i raggi luminosi in mezzi come i tessuti biologici.

I frutti hanno la caratteristica di essere costituiti dalla polpa, un insieme di acqua, zuccheri e clorofilla. A seconda delle caratteristiche del frutto è possibile valutare il diverso grado di diffusione e assorbimento della luce all’interno della polpa. La luce, sottoforma di un brevissimo impulso dell’ordine dei picosecondi (millesimi di miliardesimi di secondo), dopo la propagazione all’interno del frutto viene modificata sia in intensità che in durata temporale.

Il diverso grado di assorbimento è dovuto ai costituenti della polpa mentre la diffusione dipende da caratteristiche tipiche del tessuto biologico come la consistenza o la presenza di difetti interni. Attraverso un’analisi che si avvale di modelli fisici consolidati, è possibile quantificare una delle sostanze più importanti, la clorofilla contenuta nella polpa, che consente di valutare l’età biologica dei frutti alla raccolta e quindi prevederne anche i tempi di maturazione.

Questo tipo di analisi, effettuata per ogni frutto, consentirà così alla grande distribuzione di pianificarne l’immissione nel mercato dei prodotti. Dobbiamo ricordare che questa tecnica farà probabilmente il suo debutto in ambito agroalimentare, grazie al contributo del fNIRS Lab, dopo essere stata sviluppata e applicata da diversi anni in ambito biomedico e clinico. Una tecnica utilizzata principalmente per la caratterizzazione dei tessuti biologici come la mammografia ottica e per lo studio dell’attivazione delle diverse aree cerebrali.

L’ultimo passo affinchè questa tecnologia diventi una realtà in ambito agroalimentare è lo studio, in corso d’opera al Politecnico di Milano, dell’applicabilità della tecnica ai macchinari che smistano la frutta per la grande distribuzione.