Inventati oltre un secolo fa, i microscopi a fluorescenza sono strumenti essenziali in biologia e medicina. Dagli anni ’90, questi strumenti sono in grado di rilevare singole molecole, un progresso riconosciuto dal Premio Nobel nel 2014. Con questo livello di sensibilità, gli scienziati sono in grado di osservare il comportamento delle singole molecole e di comprendere i processi vitali al livello più fondamentale.
In medicina, la microscopia a fluorescenza ha consentito progressi come la diagnosi precoce delle malattie e lo sviluppo di farmaci. È inoltre ampiamente utilizzata in biologia, chimica, fisica, nanotecnologia e biotecnologia. Tuttavia, i microscopi a fluorescenza utilizzati nei laboratori di ricerca e di diagnostica hanno i loro svantaggi: sono generalmente pesanti, ingombranti e costosi, e richiedono utenti qualificati
Diagnostica al di fuori del laboratorio
Per rendere i microscopi a fluorescenza più accessibili, Guillermo Acuna, professore del Dipartimento di Fisica dell’Università, ha scelto di sfruttare la potenza degli smartphone. questi dispositivi presentano una serie di vantaggi", spiega Acuna, "sono prodotti in serie e quindi relativamente poco costosi, hanno eccellenti sensori di immagine e solide capacità di elaborazione dei dati.
Queste qualità spiegano perché gli smartphone sono già associati ad applicazioni mediche per il monitoraggio della salute o utilizzati per test rapidi sul campo. Grazie a loro, il personale medico può effettuare diagnosi di alta qualità in aree remote o poco servite, lontano dai laboratori
Un’acutezza sempre maggiore
I microscopi a fluorescenza compatibili con gli smartphone esistono da un decennio. La loro sensibilità è costantemente migliorata, ma finora non sono stati in grado di rilevare singole molecole. Per "correggere questa miopia", un team di ricercatori guidati dal professor Acuna ha sviluppato un concetto basato su un nuovo metodo di eccitazione laser e sull’uso dei dati grezzi provenienti dal sensore della fotocamera dello smartphone. con questo metodo siamo riusciti a localizzare con precisione le singole molecole entro 86 nanometri (mille volte più piccole della dimensione di un capello umano, 0,000086 mm)", spiega il dottor Mariano Barella. Questo è importante perché permette agli utenti di individuare le singole molecole in modo più affidabile e di creare immagini più nitide di strutture cellulari, batteri e virus, ad esempio
Ultra-portatile
I progettisti sono riusciti a rendere il microscopio a fluorescenza estremamente portatile, con un peso di soli 1,2 kg e un volume inferiore a quello di una scatola di scarpe. È un’unità indipendente facile da usare, alimentata da una batteria esterna, che può essere collegata a qualsiasi smartphone dotato di fotocamera. Il dispositivo è costruito con componenti che costano meno di 350 euro, molto meno dei tradizionali microscopi a fluorescenza, che possono costare centinaia di migliaia di euro
Numerose applicazioni
I ricercatori di Friburgo ritengono che il loro microscopio a fluorescenza potrebbe essere utilizzato anche per analizzare cellule tumorali, esaminare campioni di tessuto fresco o rilevare sostanze pericolose nell’ambiente. Questi test potrebbero essere eseguiti ovunque, anche in assenza di un’infrastruttura medica, con i risultati trasmessi a server remoti e analizzati da operatori sanitari o utilizzando strumenti come l’intelligenza artificiale. Secondo gli scienziati, questo potrebbe trasformare la diagnosi rendendola più veloce, affidabile e accessibile, aiutando anche a prevenire le malattie. per fare un esempio", spiega Morgane Lorétan, ricercatrice che ha svolto il dottorato nel gruppo di Acuna, "il nostro dispositivo potrebbe consentire a un medico di determinare rapidamente se i sintomi di un paziente sono causati da batteri o da un virus, evitando così l’uso improprio di antibiotici". ï "¿
Questa ricerca è già stata riconosciuta dal premio Innovation Challenge 2023 della Fribourg Business School. I risultati sono stati recentemente pubblicati sulla rivista open access Nature Communicationse la tecnologia è attualmente oggetto di una domanda di brevetto.
Loretan M., Barella M., Fuchs N. et al. Rilevamento diretto di singole molecole e imaging a super-risoluzione con un microscopio portatile a basso costo basato su smartphone. Nat Commun 16 , 8937 (2025). https://doi.org/10.1038/s41467-025-63993-z
