SINOSSI
Negli ultimi anni si è andato via via sviluppando un campo di ricerca molto promettente che combina microscopia ad alta risoluzione spaziale con la progettazione di molecole dotate di proprietà ottiche peculiari quali l’emissione di luce in risposta a determinati stimoli (in genere luminosi). L’obiettivo è quello di osservare in maniera diretta cosa avviene in una cellula, ovvero generare veri e propri “film”, o delle fotografie in diverse condizioni, che mostrino i processi biologici che avvengono nello spazio di pochi nanometri e che sono alla base della vita e delle patologie.
Questi progressi sono legati alla nostra crescente capacità di progettare e realizzare adeguati sensori molecolari capaci di assorbire e poi riemettere luce, un fenomeno che è definito fotoluminescenza. La fotoluminescenza ha due caratteristiche che la rendono un mezzo estremamente potente per investigare il mondo ultramicroscopico. La prima è che, inevitabilmente, tra il processo di assorbimento e quello di emissione luminosa, un po’ di energia si perde sempre. La perdita energetica è alla base della straordinaria sensibilità della rivelazione di fotoluminescenza: in alcuni casi si può vedere una singola molecola in un mare di radiazione eccitante di fondo: un risultato straordinario se si pensa che in un centimetro cubo di materia vi sono in genere da un milione di miliardi (1015) ad un miliardo di miliardi (1018) di molecole diverse. La seconda proprietà fondamentale del processo di fotoluminescenza è che l’emissione luminosa è “lenta” rispetto alle variazioni strutturali dell’ambiente intorno alla molecola, e pertanto dipende fortemente da esse. Ovvero, dalla natura dell’emissione (la sua energia, la sua intensità e la sua orientazione rispetto ad una certa direzione) si possono capire molte cose sull’ambiente circostante, ad esempio se esso contenga molta acqua, se sia viscoso o meno, se vi siano cariche elettriche, se vi siano altre specie con caratteristiche specifiche. Questo quadro affascinante è completato dai meravigliosi sviluppi della tecnologia, che permette ormai di incorporare nei più moderni microscopi sia sorgenti di eccitazione laser potenti e variabili nel tempo che detector ad alta sensibilità e velocità di acquisizione. Per questo, è ormai semplice capire quanto è grande una biomolecola, verso quale direzione e con che velocità si muove una biomolecola, con chi interagisce una biomolecola direttamente all’interno della cellula vivente.