Grazie al suo innovativo sensore a singolo fotone a elevatissima efficienza quantica e abilitazione rapida, il progetto fastMOT permetterà di ottenere immagini profonde del corpo mediante tecniche ottiche diffuse. Integrato nel nuovo Tomografo Ottico Multifunzionale, il sensore ottico raggiungerà un miglioramento del rapporto segnale/rumore pari a 100 volte rispetto ai sensori ottici attualmente disponibili.

Il monitoraggio degli organi e l’imaging funzionale in profondità vengono tradizionalmente effettuati tramite ecografia, raggi X (inclusa la TAC), PET o risonanza magnetica (MRI). Tuttavia queste tecniche offrono misurazioni funzionali molto limitate e spesso richiedono l’uso di agenti esogeni e radioattivi. Per superare tali limitazioni, sei partner, coordinati dalla PMI olandese Single Quantum, hanno unito le forze per sviluppare un sensore ottico ad alte prestazioni da integrare in diverse tecniche di imaging, con l’obiettivo di rivoluzionare le prestazioni della microscopia e dell’imaging.

Il nuovo sensore si basa su rivelatori a singolo fotone costituiti da nanofili superconduttori (SNSPDs), noti per la loro velocità estrema ed elevata efficienza. Tuttavia finora l’area attiva e il numero di pixel si sono limitati a diametri dell’ordine dei micrometri e a poche decine di pixel. Il consorzio fastMOT mira ora a sviluppare nuove tecnologie per superare questi limiti e raggiungere 10.000 pixel e diametri dell’ordine del millimetro. Verranno inoltre messe a punto nuove strategie per la spettroscopia nel dominio del tempo nel vicino infrarosso (TD-NIRS) e per la spettroscopia ottica a contrasto di speckle nel dominio del tempo (TD-SCOS), così da sfruttare al meglio il nuovo sensore anche tramite i risultati di varie simulazioni Monte Carlo. Il nuovo sensore diverrà parte in un tomografo ottico e raggiungerà un miglioramento del rapporto segnale/rumore di 100 volte rispetto ai sensori attualmente in uso.

Il Dipartimento di Fisica, guidato dal prof. Dalla Mora, sarà principalmente responsabile dello sviluppo della workstation (Tomografo Ottico Multifunzionale) destinata all’impiego in applicazioni TD-NIRS, TD-SCOS e in altri ambiti. Il tomografo ottico multifunzionale proposto renderà infatti possibile l’imaging di organi profondi e strutture ottiche, nonché il monitoraggio di funzioni corporee come ossigenazione, emodinamica, perfusione e metabolismo. Potrà inoltre migliorare significativamente l’accuratezza della diagnosi non invasiva del tumore al seno, riducendo il rischio di falsi positivi nelle biopsie, con benefici per la qualità della vita delle pazienti e una maggiore sostenibilità per i sistemi sanitari.

Il Dipartimento di Fisica fa inoltre parte del network Laserlab-Europe network (attraverso l’infrastruttura CUSBO), il che consentirà ad altri ricercatori di accedere alla workstation sviluppata e alle sue tecnologie all’avanguardia. Ciò aumenterà la visibilità della strumentazione e favorirà lo sviluppo di applicazioni rivoluzionarie, portando così nuove scoperte scientifiche e un importante impulso economico negli anni a venire.

fastMOT (Fast gated superconducting nanowire camera for multi-functional optical tomograph) è finanziato dal programma HORIZON EUROPE dell’UE (grant agreement 101099291) e da UK Research and Innovation (UKRI) nell’ambito del fondo di garanzia Horizon Europe del governo britannico (grant number 10063660).

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