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Un nuovo tipo di sensore ottico basato sul ''disordine''

Ricerca fiorentina su Nature Scientific Reports

Un nuovo tipo di sensore ottico è stato ideato e realizzato da un gruppo di ricerca del Dipartimento di Fisica e Astronomia dell’Ateneo, coordinato da Stefano Cavalieri e composto da Emilio Ignesti, Federico Tommasi, Lorenzo Fini e Fabrizio Martelli.

La ricerca è stata recentemente pubblicata sulla rivista "Nature Scientific Reports” (“A new class of optical sensor: a random  laser device”, http://www.nature.com/articles/srep35225).

I sensori ottici sono stati oggetto di grande studio e sviluppo come strumenti di indagine per una grande varietà di materiali. In particolare è alto l’interesse in ambito medico diagnostico con l’obiettivo di realizzare sistemi il più possibile non invasivi. La novità del nuovo tipo di sensore consiste nell'utilizzo del random laser e fa seguito agli studi di base sul tema condotti dal medesimo gruppo di ricerca.

“Il cuore del sensore sfrutta una sorgente ottica chiamata random laser - spiega Tommasi -. Mentre un laser convenzionale si basa su un mezzo attivo ordinato, contenuto all'interno di una cavità ottica formata solitamente da due specchi, in un random laser la radiazione luminosa viene amplificata durante la sua diffusione all'interno di un mezzo disordinato. La diffusione della luce è un fenomeno ottico comune nella vita di tutti i giorni: basti pensare alla nebbia. Anche il tessuto biologico è un materiale in grado di diffondere la luce. Per realizzare un random laser è necessario che venga aggiunta al mezzo diffusivo anche la capacità di amplificare la luce. I tentativi precedenti di creare un sensore basato sul random laser – aggiunge Tommasi - per investigare differenti materiali, in particolare i tessuti biologici, si sono scontrati tuttavia con la necessità di dover inserire nel campione da indagare un mezzo attivo. Nel nostro caso, l'idea è stata quella di strutturare il sensore in modo che la parte attiva risulti fisicamente separata dal materiale di indagine, in modo da garantire la perfetta non invasività.”

“La struttura del nostro sensore - aggiunge Ignesti - prevede un sistema compatto basato sull’analisi spettrale dell’emissione del random laser da cui possiamo avere informazioni sensibili del mezzo analizzato. A differenza dei sistemi passivi, nei quali in genere si va a misurare l'attenuazione di un segnale ottico che si propaga all'interno di un mezzo diffusivo, nella metodologia da noi realizzata è proprio il disordine del mezzo da studiare che permette l’amplificazione del segnale stesso.”

In prospettiva, questo tipo di sensore potrebbe avere applicazioni in ambito diagnostico biomedico anche in vivo, per via del bassissimo grado di invasività: i ricercatori in Italia hanno già depositato un brevetto a titolarità dell’Università degli studi di Firenze (n. deposito 102016000054453 del 26/05/2016).

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17 Gennaio 2017