Nobel per la Chimica 2014 ai microscopi ottici ad altissima risoluzione

La Royal Swedish Academy of Science ha assegnato il premio Nobel per la Chimica a Eric Betzig (Howard Hughes Medical Institute, USA), Stefan W.Hell (Max Planck Institute for Biophysical Chemistry, Germania) e William E. Moerne (Stanford University, USA) “per lo sviluppo della microscopia ottica ad altissima risoluzione”, che ha permesso di esplorare l’infinitamente piccolo e carpirne i segreti grazie a una definizione di immagine senza precedenti.

Il comitato per il Nobel ha motivato il premio assegnato ai tre scienziati spiegando che, grazie alle loro scoperte, oggi è possibile osservare in tempo reale il movimento e l’attività di singole biomolecole all’interno delle cellule viventi, aprendo così le porte allo studio dettagliato del mondo infinitamente piccolo con metodi che (per esempio a differenza della microscopia elettronica) non uccidono le stesse cellule. Potremo, per esempio, capire più a fondo come alcune molecole riescono a modulare la plasticità sinaptica dei neuroni nel cervello o comprendere le cause per cui, certe volte, peptidi o proteine endogene si aggregano a formare oligomeri tossici, che si crede siano associati a malattie neurodegenerative come Parkinson, Alzheimer e Huntington. O ancora, seguire a livello molecolare la divisione cellulare negli embrioni.

A Betzig, Hell e Moerne va il merito di aver introdotto la microscopia ottica nella nanodimensione, superando quello che il fisico ottico Ernst Abbe nella seconda metà dell’ottocento descriveva come “limite del potere risolutivo dei microscopi ottici tradizionali”, ovvero l’impossibilità di distinguere come separati due punti che distano meno di 0.2 micron (un micron equivale a un milionesimo di metro). Grazie a loro, in sostanza, la microscopia ottica è diventata nanoscopia.

Abbe

Stefan W. Hell (rumeno e cittadino tedesco, classe 1962) nel 2000 ha messo a punto il cosiddetto microscopio STED (acronimo di stimulated emission depletion), che abbina all’utilizzo di due raggi laser la scansione del campione nanometro per nanometro: un laser eccita le molecole fluorescenti di interesse, l’altro (detto anche quenching laser) spegne la fluorescenza che oltrepassa i confini dello spazio nanometrico osservato. Il risultato è un’immagine la cui risoluzione supera il limite di Abbe.

STED

e.coli

Eric Betzig (classe 1960) e William Moerner (classe 1953), entrambi americani, hanno sviluppato indipendentemente la miscroscopia a singola molecola. Il metodo si basa sulla possibilità di accendere e spegnere alternativamente l’emissione in fluorescenza simultanea di singole o comunque poche molecole anziché milioni, attraverso l’applicazione di luce pulsata. Operando su una stessa area per più volte, l’immagine che si ottiene dalla sovrapposizione dei dati acquisiti risulta avere una risoluzione nanoscopica.

singlemolecule

betzig

 

All illustrations and contents are taken from “The Nobel Prize in Chemistry 2014 – Press Release”. Nobelprize.org. Nobel Media AB 2014. Web. 8 Oct 2014. Illustrations:  ©Johan Jarnestad/The Royal Swedish Academy of Sciences.

 

Link per approfondire:

 

Le pubblicazioni di Hell, Betzig e Moerner:

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