Descrizione dell’attività di ricerca
Diverse specie animali e vegetali presentano strutture sub-micrometriche in grado di manipolare la luce in maniera efficiente e finalizzate alla comunicazione intra- e inter-specie. Alcune di queste strutture sono in grado di diffondere la luce in maniera coerente, altre agiscono come specchi risonanti mono-dimensionali, altre come riflettori selettivi in polarizzazione, altre ancora come reticoli di diffrazione o come cristalli fotonici. Tali strutture possono assumere la forma di complesse architetture gerarchiche le cui proprietà ottiche dipendono da una sottile interazione tra ordine e disordine. I nostri studi sono focalizzati sulle proprietà fotoniche delle diatomee, microalghe monocellulari il cui protoplasma è racchiuso in un guscio di silice micro- e nano-patternato con regolarità, il frustulo, che presenta forti analogie con i cristalli fotonici artificiali. Abbiamo osservato diverse proprietà ottiche (confinamento della radiazione indotto da processi diffrattivi, fotoluminescenza, manipolazione della polarizzazione, abbattimento della radiazione ultravioletta) e le abbiamo sfruttate nella realizzazione di super-lenti, substrati SERS, biosensori ottici e metasuperfici dielettriche. Tali studi si avvalgono di simulazioni numeriche mediante stazioni di calcolo ad elevata prestazione, imaging in trasmissione e fluorescenza, olografia digitale, spettroscopia in fotoluminescenza, interazione con luce strutturata, e sono stati recentemente estesi anche a diatomee viventi.
Personale coinvolto
E. De Tommasi | M.A. Ferrara | L. De Stefano | I. Rea
Collaborazioni Nazionali ed Internazionali
- Istituto di Endocrinologia e Oncologia Sperimentale (IEOS), CNR;
- Istituto di Bioscienze e Biorisorse (IBBR), CNR;
- Stazione Zoologica Anton Dohrn;
- Università della Campania “Luigi Vanvitelli”;
- Università di St Andrews, Scozia, UK;
- Università di Göteborg, Svezia;
- Università di Anversa, Belgio.
Attrezzature/strumentazioni
- Workstation DELL (Xeon bi-processor with 2-14 cores, 512 GB RAM, graphic board NVIDIA QUADRO K6000) per simulazioni numeriche.
- Microscopio elettronico a scansione ad emissione di campo (Carl Zeiss NTS GmbH 1500 Raith) e microscopio a forza atomica (XE-70 Park’s) per la caratterizzazione morfologica dei frustuli.
- Sorgenti laser a 406 nm (diode laser, Micro Laser Systems, L4-408-48B-TE), 532 nm (diode laser, Laserslt, DPSS) e 633 nm (He-Ne laser, Research Electro-Optics, HRP350-EC) per la caratterizzazione in trasmissione delle valve di diatomea.
- Sorgente UV-VIS in fibra (Hamamatsu, L10290) per la caratterizzazione dell’interazione dei frustuli di diatomea con radiazione incoerente.
- Ottiche e rivelatori UV per lo studio dell’interazione tra frustuli di diatomea e radiazione ultravioletta.
- Sorgente laser He-Cd (Kimmon, IK5751I-G) e spettrometro (Princeton Instruments, SpectraPro 300i) per analisi di spettroscopia in fotoluminescenza.
- Microscopio a fluorescenza (Leica Microsystems, DM6M).
- Microscopio olografico (con sorgente laser a 660 nm).
- Modulatore spaziale di luce a cristalli liquidi (Hamamatsu, LCOS-SLM X13138) per lo studio dell’interazione di valve di diatomea con luce strutturata.
Progetti e contratti attivi
- “Photonic properties of diatom frustules – functional meaning and beyond”, Consiglio delle Ricerche Svedese, grant n. 2018-04289, in collaborazione con l’Università di Göteborg (Svezia) e l’Università della Campania “Luigi Vanvitelli” (Italia). Responsabile principale: Prof. Angela Wulff (l’Università di Göteborg, Svezia).