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3 - Fotonica per la salute, l'agroalimentare e i beni culturali

La ricerca spazia in diversi campi di applicazione della spettroscopia laser, con particolare interesse per le tematiche della diagnostica medica e della biologia molecolare. Il comune denominatore di tutte le metodologie di indagine è lo sviluppo e l’utilizzo di strumenti di misura della luce con elevata risoluzione temporale. Nel campo della fluorescenza sono stati realizzati sistemi di misura a conteggio di singoli fotoni con risoluzione temporale a picosecondi attualmente applicati per lo studio dell’ibridazione selettiva di porzioni di RNA marcate con fluorocromi attivabili (molecular beacon). L’estensione della spettroscopia di fluorescenza ai sistemi di immagine ha permesso di realizzare sistemi che implementano la tecnica nota con la locuzione inglese di Fluorescence Lifetime Imaging (FLIM). Questa tecnica permette di misurare la mappa spaziale del tempo di decadimento della fluorescenza in un campione. La tecnica FLIM si è dimostrata molto efficace per la diagnosi di tumori sia in oncologia sperimentale (animali da laboratorio) che in clinica (pazienti).

La familiarità con i problemi di diagnosi medica mediante tecniche ottiche ad elevata risoluzione temporale ha permesso al gruppo di ricerca di approfondire il difficile problema della propagazione della luce in mezzi altamente diffondenti, quali sono i tessuti biologici. Da questi studi sono nate importanti applicazioni che hanno conferito al gruppo di ricerca una posizione di leadership a livello internazionale nella spettroscopia di assorbimento dei tessuti biologici e nello sviluppo di metodi diagnostici non invasivi. Tra questi si distingue la realizzazione di un sistema per l’esecuzione di mammografie ottiche, ovvero immagini del seno ottenute senza l’uso di radiazioni ionizzanti per la rivelazione di tumori della mammella. L’uso della luce laser e della spettroscopia dei tessuti ha permesso anche di realizzare sistemi per la valutazione del contenuto di emoglobina nei tessuti e del livello di ossigenazione. Queste ricerche sono importanti per studi di fisiologia (patologie dei muscoli, riabilitazione,ecc.) e per l’innovativo campo che in inglese prende il nome di "functional imaging". Il functional imaging permette di mappare le aree cerebrali attivate da stimoli (motori, cognitivi, visivi, ecc.) e riveste grande importanza per studi di neurofisiologia.

Tra le attività collaterali che hanno avuto origine dalle competenze di spettroscopia sviluppate per la diagnosi medica si distinguono lo studio dello stato di conservazione di beni culturali e la valutazione della qualità della frutta mediante metodi ottici non invasivi.