Un microscopi dʼultraresolució de la mida dʼun xip
Crear un nou tipus de microscopi òptic dʼalta resolució i de la mida dʼun xip és el repte a què sʼenfronta ChipScope, un projecte europeu liderat per la Universitat de Barcelona i en el qual participen pimes, universitats i instituts de recerca de cinc països europeus. Lʼobjectiu és desenvolupar la ciència i la tecnologia necessàries per observar estructures extremadament petites, com virus, molècules dʼADN o lʼinterior de les cèl·lules, en temps real i sense els inconvenients de les tècniques dʼalta resolució actuals. El projecte, de quatre anys de durada, està finançat amb 3,75 milions dʼeuros per la convocatòria Future and Emerging Technologies (FET Open), un programa enfocat a investigacions dʼavantguarda que desenvolupen tecnologies rupturistes.
Crear un nou tipus de microscopi òptic dʼalta resolució i de la mida dʼun xip és el repte a què sʼenfronta ChipScope, un projecte europeu liderat per la Universitat de Barcelona i en el qual participen pimes, universitats i instituts de recerca de cinc països europeus. Lʼobjectiu és desenvolupar la ciència i la tecnologia necessàries per observar estructures extremadament petites, com virus, molècules dʼADN o lʼinterior de les cèl·lules, en temps real i sense els inconvenients de les tècniques dʼalta resolució actuals. El projecte, de quatre anys de durada, està finançat amb 3,75 milions dʼeuros per la convocatòria Future and Emerging Technologies (FET Open), un programa enfocat a investigacions dʼavantguarda que desenvolupen tecnologies rupturistes.
El projecte ChipScope es desenvolupa entre el gener del 2017 i el desembre del 2020 sota el lideratge d'investigadors de la Universitat de Barcelona i amb la participació de la Universitat Tècnica de Braunschweig (Alemanya), la Universitat de Roma Tor Vergata, lʼempresa Expert Ymaging (Barcelona), lʼInstitut Austríac de Tecnologia, la Universitat Mèdica de Viena i la Fundació Suïssa per a la Recerca en Microtecnologia.
Superar el límit de la difracció
La distància mínima per poder distingir amb un microscopi que dos elements són independents és dʼuns 200 nanòmetres (nm): és a dir, una mida unes cinc-centes vegades més petita que la dʼun cabell humà. Les proteïnes, les molècules dʼADN o les estructures internes de les cèl·lules són molt més petites encara i, per tant, no es poden observar directament amb els microscopis òptics convencionals. «Actualment, aquest tipus dʼobservacions per sota de lʼanomenat límit de difracció només són possibles mitjançant complexos i costosos microscopis electrònics que, a més, destrueixen la mostra», explica Ángel Diéguez, coordinador del projecte i membre del Grup de Recerca en Sistemes dʼInstrumentació i Comunicacions (SIC) de la UB, especialitzat en el desenvolupament de circuits integrats en miniatura.
Lʼobjectiu de ChipScope és desenvolupar un nou tipus de microscopi en miniatura que permeti observar mostres per sota dʼaquest límit de difracció i sense necessitat dʼalterar la mostra. Per això, els investigadors han dʼadoptar un enfocament diferent del que segueixen els microscopis convencionals: «La idea és que la resolució depengui més de la font dʼil·luminació que del sistema de detecció òptic. És a dir, en lloc dʼuna sola font de llum —com tenen els microscopis amb més resolució en lʼactualitat—, farem servir centenars de fonts de llum en miniatura», explica Ángel Diéguez.
Els leds més petits del món
Aquesta aproximació implicarà desenvolupar els leds més petits del món, dʼuns 50 nm, que seran la font de llum per al nou microscopi. Aquests nanoleds sʼhauran de situar de manera ordenada i a distàncies regulars en una matriu que serà la base de la nova eina. Quan els nanoleds sʼencenguin un darrere lʼaltre, per separat i a una alta velocitat, aquesta regularitat permetrà saber quina informació ve de cada posició de lʼobjecte observat. Un fotodetector altament sensible detectarà aquests senyals, de manera que es pugui transferir una imatge de lʼobjecte en temps real. «La base teòrica del projecte ja sʼhavia plantejat als anys seixanta, però per materialitzar aquelles idees calia tenir microxips, leds i la capacitat de construir aquests objectes a mida nanomètrica i situar-los de manera ordenada», explica Daniel Prades, membre del Grup de Recerca de Micronanotecnologies i Nanoscòpies per a Dispositius Electrònics i Electrofotònics (MIND), que també forma part del projecte.
Tecnologia per habilitar una ciència nova
Crear un microscopi dʼaquestes característiques obre noves vies en la recerca científica, tant pels avenços en la miniaturització tecnològica com pels nous efectes físics que es puguin estudiar per dur a terme el projecte. A més, es tracta dʼuna tecnologia que, un cop acabada, permetrà «imaginar nous experiments». «Tenir un microscopi dʼaquesta mida donarà lʼoportunitat de mesurar coses en condicions que fins ara eren impossibles. Es tracta de tecnologia que habilitarà una ciència nova, ja que permetrà crear nous experiments, com observar llocs on fins ara no podies ficar un microscopi òptic», explica Daniel Prades.
Les primeres proves amb el nou microscopi es duran a terme amb mostres cel·lulars de fibrosi pulmonar idiopàtica (IPF), una patologia crònica pulmonar relacionada amb lʼedat que afecta els humans i causa mig milió de morts cada any.