Dalla ricerca neuroscientifica alla microscopia dei telefoni cellulari

È iniziato in un laboratorio di neuroscienze.

Andrea Antonini stava facendo ricerche sulla microscopia endoscopica – essenzialmente, l'imaging microscopico degli organi interni del corpo – insieme ad altri neuroscienziati presso l'Istituto Italiano di Tecnologia (IIT) di Genova. Ma il campo della microendoscopia era relativamente piccolo e voleva fare qualcosa di grande.

Un giorno, mentre lavorava nel laboratorio di microscopia, si rese conto che lui potrebbe usare alcuni di questi obiettivi con il suo telefono. Era il suo momento di grande successo. "Ho visto questa possibilità di utilizzare la tecnologia per creare qualcosa per l'elettronica di consumo".

È un esempio di come un'idea generata nella scienza esplorativa di base possa trovare una nicchia completamente diversa, commenti Tommaso Fellino, il capo del gruppo di neuroscienze dell'IIT che utilizza proteine ​​sensibili alla luce per chiarire come il cervello elabora le informazioni sensoriali. Per riempire questa nicchia, hanno iniziato a stampare in 3D lenti polimeriche molto morbide, con l'obiettivo di "trasformare il cellulare in un microscopio digitale potente e portatile".

E nel 2015 i due hanno fondato una società spin-off, SmartMicroOptics, dove Antonini ha iniziato a lavorare a tempo pieno un anno dopo. Alla fine è stato raggiunto da sua moglie come amministratore, insieme a uno specialista di marketing.

Quelle lenti flessibili si sono trasformate nel prodotto Blips: lenti in miniatura attaccate a una pellicola, che si attacca a un telefono o tablet. A seconda del modello, ciò consente un ingrandimento di circa 8–45x e una risoluzione fino a 3 micrometri. È un prodotto molto semplice da premere e utilizzare.

Blips ha portato a un kit di microscopia mobile più avanzato in una scatola, che può ottenere dettagli inferiori a 1 micrometro. Questo sistema è noto come DIPLE. La scatola del prodotto è anche la “struttura meccanica del sistema”, spiega Antonini mentre assembla il kit senza intoppi in circa un minuto. Questa struttura ospita la sorgente luminosa alimentata a batteria e funge da base per la piattaforma ("palcoscenico"), dove l'utente avvita la lente.

A seconda del modello, i kit vengono forniti anche con scivoli lisci; vetrini preparati con campioni di insetti, piante e sangue; un righello per microscopio; e altri oggetti come pipette e pinzette. L'intero kit pesa poco più di un chilo e può essere installato facilmente anche da studenti delle scuole medie. E, naturalmente, poiché è progettato attorno allo smartphone, le foto e i video possono essere girati utilizzando l'ingrandimento.

Non è l'unico microscopio portatile disponibile, ma "secondo me, abbiamo il miglior rapporto costo-prestazioni", ritiene Antonini. Attualmente è in esecuzione un kit con una piattaforma, una sorgente luminosa e obiettivi da ca. $ 60 a $ 155. Dice che questo significa che ogni studente in una classe potrebbe avere il proprio sistema di microscopia personale allo stesso prezzo di un singolo microscopio convenzionale che vive all'interno di una classe.

L'azienda ha resistito ad alcuni alti e bassi. Blips e DIPLE sono stati inizialmente lanciati in campagne Kickstarter da capogiro e la società ha avuto un certo successo iniziale prima che la pandemia colpisse. Ciò ha portato agli ormai familiari problemi della catena di fornitura con componenti specifici, ma anche ad alcuni cambiamenti nell'attenzione dei clienti.

Ad esempio, in una campagna promozionale SmartMicroOptics ha collaborato con un'azienda di shampoo per pidocchi per fornire una lente Blips insieme a una bottiglia di shampoo. Così i bambini o le loro famiglie sarebbero in grado di rilevare se i pidocchi sono stati debellati dallo shampoo. Durante la pandemia, i pidocchi sono diventati meno un problema perché i bambini non si raggruppavano a scuola, trasmettendosi i parassiti.

Negli ultimi anni ricercatori e operatori sanitari hanno provato il DIPLE anche in modi più sofisticati. È stato testato per diagnosticare la vaginosi batterica negli Stati Uniti e la qualità dell'acqua in Ruanda e Costa Rica. I ricercatori dell'Università di Pisa hanno anche provato ad applicare il DIPLE al rilevamento della malaria. (La certificazione sarebbe necessaria per gli usi clinici.)

Antonini ritiene che la portabilità potrebbe renderlo utile in ambienti remoti e con poche risorse; la batteria leggera può durare fino a due giorni con un uso continuo, dice. Inoltre, secondo Antonini, il sistema portatile è stato utile per il pre-screening dei campioni sul campo, per portare il microscopio sul campo piuttosto che il campione in laboratorio. DIPLE non può eguagliare la potenza di un microscopio convenzionale, ovviamente, ma può essere un utile supplemento.

Se sono in grado di espandersi, Antonini vuole creare kit specifici per argomento basati sulle richieste delle persone. Ad esempio, i biologi marini hanno espresso il desiderio di lenti con una maggiore distanza di lavoro dall'oggetto, mentre gli agronomi hanno chiesto strumenti personalizzati per controllare la struttura del suolo.

Se ogni studente, scienziato e persona semplicemente curiosa può essenzialmente portare un microscopio in tasca, ci sono prospettive sbalorditive per aprire il mondo naturale a tutti.

Questa storia è stata raccontata durante una borsa di studio di giornalismo in residenza presso l'Istituto Italiano di Tecnologia (IIT), finanziata dall'European Research Council (ERC).