Girolamo CastaldoIl metodo del wave momentum shaping promette importanti sviluppi in campo biomedico, in particolare nella somministrazione mirata di farmaci
Correva l’anno 2018 quando Arthur Ashkin vinceva il premio Nobel per la Fisica grazie all’invenzione delle pinzette ottiche (optical tweezers), cioè dei raggi laser che possono essere usati per manipolare particelle microscopiche.
In pratica, esse creano una sorta di punto di attrazione per intrappolare le particelle, un po’ come una buca per una pallina da golf. Il problema è che, sebbene utili per numerose applicazioni biologiche, le pinzette ottiche richiedono un ambiente estremamente statico e controllato per funzionare correttamente.
Insoddisfatti della situazione, il direttore del Laboratory of Wave Engineering presso l’università svizzera EPFL Romain Fleury e altri ricercatori hanno provato a creare qualcosa di simile, ma in grado di funzionare anche in ambienti dinamici e senza controllo.
Dopo quattro anni di duro lavoro, il gruppo è riuscito ad escogitare un sistema, chiamato wave momentum shaping (cioè, modellazione della quantità di moto di un’onda), in grado di spostare oggetti con qualsiasi proprietà fisica e in qualsiasi ambiente usando le onde sonore.
L’allestimento di laboratorio
Nei loro esperimenti, infatti, i ricercatori hanno approcciato il problema in maniera diversa: invece di intrappolare un oggetto, si sono concentrati sullo spingerlo delicatamente, un po’ come un giocatore di hockey usa la mazza per guidare il dischetto.
Per continuare l’analogia, nell’allestimento di laboratorio il dischetto era rappresentato da una pallina galleggiante sulla superficie di una vasca piena d’acqua, mentre per la mazza Fleury e colleghi hanno impiegato, come detto, le onde sonore.
Nel dettaglio, sopra la vasca è stata posizionata una camera per rilevare momento per momento la posizione della pallina, mentre le onde sonore venivano emesse da una serie di altoparlanti situati ai lati della vasca stessa e provvedevano a guidare la pallina in un percorso predefinito.
A completamento del setup, una serie di microfoni registravano il ritorno delle onde sonore dopo aver colpito la pallina (la cosiddetta matrice S o scattering matrix), che combinata coi dati posizionali della camera consentiva ai ricercatori di calcolare in tempo reale la quantità di moto ottimale delle onde sonore per spingere la pallina.
Usi medici e sviluppi futuri
Con in tasca il successo dell’esperimento, il gruppo ha “alzato l’asticella” di una o due tacche, aggiungendo al percorso ostacoli fissi o mobili, dimostrando la capacità del sistema di gestire anche situazioni dinamiche e fuori controllo.
Se a ciò aggiungiamo che la tecnica del wave momentum shaping funziona anche con oggetti galleggianti più complessi (come l’origami di un loto) ed è in grado pure di influenzarne la rotazione, si capisce come Fleury e colleghi la considerino molto promettente in campo biomedico.
Il corpo umano, infatti, è un sistema altamente dinamico e difficile da controllare e le onde sonore sono innocue e non invasive, per cui si rivelerebbero molto efficaci per dirigere un medicinale nel punto esatto per il rilascio, ad esempio verso cellule tumorali.
Non solo: la tecnica potrebbe essere impiegata nel campo della stampa 3D, per organizzare particelle microscopiche prima della solidificazione, e soprattutto risultare fondamentale per analisi biologiche e applicazioni di ingegneria tissutale dove toccare le cellule direttamente per manipolarle causerebbe danni o contaminazioni.
Di conseguenza, anche se i ricercatori pensano che il wave momentum shaping potrebbe funzionare anche usando la luce, il prossimo obbiettivo sarà quello di trasferirlo dal mondo macroscopico a quello microscopico delle cellule, usando in questo caso onde ultrasoniche per spostarle.
(Originariamente pubblicato su Storie Semplici. Il titolo dell’autore potrebbe essere modificato dalla redazione)
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