In natura esistono strutture biologiche, come il sistema olfattivo e del gusto, che permettono agli animali di riconoscere le molecole delle sostanze con cui entrano in contatto e che sono fondamentali per la vita. Tali strutture sono fonte d’ispirazione per gli scienziati nel creare sensori capaci di individuare molecole presenti nel sangue, nell’acqua e negli alimenti. Nasce proprio dagli studi in questo campo il nanosensore ideato dai ricercatori del Dipartimento di Nanostrutture dell’Istituto Italiano di Tecnologia di Genova, in collaborazione con il Bionem Lab dell’Università della Magna Grecia di Catanzaro, capace di identificare e analizzare le molecole quando queste sono in piccoli numeri all’interno di soluzioni molto diluite.

Grazie alla possibilità di rilevare una decina di molecole in un millesimo di centimetro cubico e di studiarne la composizione chimica, questo dispositivo nanometrico apre nuove prospettive nella diagnosi precoce di gravi malattie, oltre a permettere lo sviluppo di strumenti innovativi per la rilevazione di traccianti inquinanti nell’ambiente e negli elementi, nonché nelle analisi antidoping e nelle applicazioni forensi dell’esame del DNA.

L’importante lavoro è stato pubblicato sulla rivista internazionale Nature Photonics che descrive le caratteristiche del nuovo dispositivo in un articolo dal titolo “Breaking the diffusion limit with super-hydrophobic delivery of molecules to plasmonic nanofocusing SERS structures”.

Il nanosensore nasce dall’unione di tecniche avanzate di nano-costruzione e di nano-ottica. È composto da una superficie superidrofobica – che, costruita con caratteristiche molto simili alle foglie di loto, presenta rugosità costituite da micro colonne di silicio in grado di sostenere le gocce di soluzione evitando che aderiscano alla superficie – e da una nanostruttura plasmonica, cioè da strutture nanometriche che trasformano un fascio di luce laser in una luce molto sottile utile a studiare la composizione chimica delle molecole disperse in una  goccia.

Come sottolineato da Enzo Di Fabrizio, Direttore del Dipartimento di Nanostrutture dell’Istituto Italiano di Tecnologia: «Il nostro nanosensore supera le capacità dei sensori standard perché permette di individuare singole molecole in soluzioni molto diluite. Grazie ad esso, potremo riconoscere quei marker tumorali che all’insorgere della malattia compaiono nel sangue in un numero troppo basso per essere registrati con le tecniche correnti».

«Il dispositivo offre opportunità di applicazione fra loro molto distanti, tra cui  la possibilità di osservare filamenti di DNA sospesi e "srotolati". Tale caratteristica permette di maneggiare il DNA in modo del tutto innovativo e diverso da quelli attualmente disponibili, così che il dispositivo potrà essere impiegato per la fabbricazione e lo studio di reti di filamenti di DNA» ha aggiuntoFrancesco De Angelis, primo autore dell’articolo e team leader.