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Con il laser impronte digitali senza più segreti

23/06/2010

shutterstock Grazie a una nuova tecnica sviluppata da scienziati di un’università inglese il compito di catturare un criminale potrebbe diventare molto più facile

Un'impronta lasciata da un dito sulla scena del delitto può fornire agli investigatori informazioni sulle cure mediche di un sospettato, sulla sua dieta e persino sul suo stile di vita. Grazie a una nuova tecnica sviluppata da scienziati della Sheffield Hallam University, in Gran Bretagna, il compito di catturare un criminale potrebbe diventare molto più facile. La tecnologia che sta dietro a tale innovazione è la MALDI-MSI (Matrix-Assisted Laser Desorption/Ionisation - Mass Spectrometry Imaging). Usata normalmente per registrare le molecole all'interno di un tessuto, questa tecnologia è stata impiegata per la prima volta in assoluto dai ricercatori del Biomedical Research Centre (BMRC) dell'università britannica per analizzare e produrre immagini di impronte lasciate dalle dita.

I ricercatori hanno scoperto che le immagini create attraverso la MALDI-MSI non solo si potevano paragonare con i metodi giudiziari tradizionali ma fornivano una più ampia gamma di informazioni sulle caratteristiche del sospettato, tra cui la possibilità di rilevare eventuali sostanze toccate in precedenza e di stabilire il momento in cui è stata lasciata l'impronta. "Sulla base dei risultati prodotti fino a ora e della ricerca attualmente in corso possiamo affermare che questa tecnologia può aiutare a ottenere da un'impronta più informazioni rispetto a quanto sia attualmente possibile", ha detto la Simona Francese del BMRC, uno degli autori dell'articolo pubblicato sulla rivista Rapid Communications in Mass Spectrometry. La ricercatrice ha spiegato che questa tecnica potrebbe aiutare a collegare il sospetto ad altre attività criminali e a fornire dettagli sul suo stile di vita, rintracciando l'uso di droghe e farmaci e persino dettagli su cosa ha mangiato.

"Si tratta di informazioni preziose, specialmente se l'impronta del sospettato non è presente nella banca dati criminale" ha aggiunto Francese. Di solito, le impronte che si trovano sulla scena del delitto vengono confrontate con quelle presenti sulle banche dati della polizia per identificare un sospettato. Questa nuova tecnica fornisce un tipo di indizi che contribuisce alla creazione di un profilo e fornisce importanti informazioni per un'investigazione criminale nella quale non ci siano dati presenti in archivio. Un'impronta lasciata da un dito, infatti, è fatta di elementi provenienti dalla superficie della pelle e dalle secrezioni delle ghiandole che si trasferiscono da una superficie all'altra tramite contatto. I palmi delle nostre mani secernono materiali diversi rispetto alle altre parti del corpo. Ma poiché spesso ci tocchiamo il viso o altre zone, le impronte lasciate dalle dita sono costituite da sostanze provenienti da entrambe le fonti, specialmente lipidi, acidi grassi, vitamine e acqua. I segni latenti sono quelle impronte fatte di materiali trasparenti non sono facili da rintracciare (per esempio, secrezioni ghiandolari), mentre le impronte digitali composte da materiali opachi (sangue, sporcizia, vernice) sono chiamate segni evidenti. Erano i segni latenti - i più difficili da identificare - a essere oggetto dello studio del BMRC.

La ricerca condotta dal team ha inoltre provato che è possibile - attraverso la tecnologia MALDI-MSI - riutilizzare le impronte lasciate dalle dita anche dopo i test iniziali. "La tecnica MALDI-MSI non solo permette di ottenere una più ampia gamma di informazioni da un'impronta, ma non compromette l'impronta in modo che essa possa essere analizzata in seguito con i metodi giudiziari classici", afferma Rosalind Wolstenholme, coautrice dello studio.

Foto: shutterstock

Catturate le prime immagini di "elettroni pesanti" in azione

23/06/2010

La ricerca, condotta da scienziati statunitensi e canadesi e pubblicata su Nature, rappresenta un passo in avanti sulla strada della progettazione di nuovi materiali da utilizzare nei superconduttori ad alta temperatura

Per mezzo di un microscopio concepito per ottenere immagini della disposizione e delle interazioni degli elettroni nei cristalli, gli scienziati sono riusciti a catturare le prime immagini di elettroni che sembrano assumere massa straordinaria in determinate condizioni estreme. La tecnica rivela l'origine di un'inconsueta transizione di fase in un particolare materiale e apre la porta a ulteriori esplorazioni delle proprietà e delle funzioni dei cosiddetti "fermioni pesanti" (i fermioni sono una delle due classi fondamentali in cui si dividono le particelle: l’altra sono i bosoni). Gli scienziati del Brookhaven National Laboratory del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti (DOE), della canadese McMaster University e del Los Alamos National Laboratory hanno descritto i risultati della scoperta sul numero del 3 giugno scorso della prestigiosa rivista scientifica Nature.

"Sono quasi quarant’anni che i fisici si interessano al ?problema’ dei fermioni pesanti, ovvero a individuare le cause per cui questi elettroni si comportano come se fossero centinaia o migliaia di volte più pesanti in determinate condizioni", spiega J.C. Séamus Davis (nella foto), fisico del Brookhaven National Laboratory e leader della ricerca. Capire il comportamento dei fermioni pesanti potrebbe portare alla realizzazione di nuovi materiali da utilizzare nei superconduttori ad alta temperatura.

Nello studio sono state prese in considerazione le proprietà elettroniche di un materiale costituito da uranio, rutenio e silicio che rappresenta esso stesso un mistero scientifico da oltre 25 anni. In questo materiale - sintetizzato dal team di Graeme Luke al Department of Physics and Astronomy presso la McMaster University di Hamilton (Canada) - gli effetti dei fermioni pesanti fanno la loro comparsa al di sotto di 55 gradi kelvin (-218°C). Oltre questo limite, si osserva una transizione di fase inusuale degli elettroni in corrispondenza di 17,5 K.

Gli scienziati hanno attribuito questa transizione di fase a qualche forma di "ordine nascosto", senza tuttavia riuscire a distinguere se se fosse legata a un comportamento collettivo degli elettroni in forma di onde o all'interazione di singoli elettroni con gli atomi di uranio. A fornire preziose indicazioni sul modo di esaminare questo problema è stato Alexander Balatsky, fisico teorico del Theory Division and Center for Integrated Nanotechnology del Los Alamos National Laboratory. Grazie a questi orientamenti, Davis e i suoi collaboratori hanno utilizzato una tecnica da loro stessi progettata che consente di visualizzare il comportamento degli elettroni per "vedere" cosa succede quando attraversano la misteriosa transizione di fase. La tecnica usata - microscopia a scansione a effetto tunnel (SI-STM) - permette di misurare la lunghezza d'onda degli elettroni sulla superficie del materiale in relazione alla loro energia. Grazie alle misurazioni della lunghezza d'onda e dell'energia degli elettroni, è possibile ricavarne la massa effettiva.

La rivelazione delle caratteristiche dell’"elettrone pesante" prima della seconda temperatura di transizione di fase fornisce l'evidenza sperimentale che gli elettroni sono in interazione diretta con gli atomi di uranio invece di agire come un'onda. Nel caso dell'atomo dell'uranio, si verifica un rallentamento degli elettroni per una frazione infinitesima di secondo: poiché l'energia cinetica e la massa sono tra loro correlate, tale rallentamento fa apparire gli elettroni come se fossero più pesanti degli elettroni liberi.

Nanotecnologie: i colori della ali di farfalla contro la contraffazione

23/06/2010

All’Università di Cambridge hanno riprodotto le strutture delle ali di questi insetti, che consentono particolari effetti visivi. La nuova tecnologia potrebbe permettere di criptare otticamente banconote o altri documenti sensibili per impedirne la contraffazione

La straordinaria bellezza e l’iridescenza dei colori delle ali delle farfalle e di altri insetti dipende non tanto dai pigmenti ma - come è ormai già noto - da particolari microstrutture presenti sulle ali che riflettono e rifrangono la luce che incide sulla loro superficie. In natura, infatti, i colori più brillanti si ottengono quando la luce interagisce con superfici che presentano una struttura periodica a scala microscopica e nanoscopica. Recentemente Mathias Kolle, Ulrich Steiner e Jeremy Baumberg, ricercatori dell'Università di Cambridge, hanno studiato e riprodotto artificialmente le complesse strutture della farfalla indonesiana Papilio blumei, ricoperte da molti strati di scaglie alternati a concavità di circa 5-10 micrometri piene di aria, un po’ come tante file di scatole di uova impilate. La luce, proveniente da angoli differenti, viene riflessa una o più volte a seconda della direzione e della lunghezza d’onda, e polarizzata con angoli differenti. Questo crea degli effetti di colori molto intensi. La ricerca inglese constente non solo una migliore comprensione dei meccanismi fisici che determinano i colori della ali delle farfalle, ma apre anche le porte a possibili applicazioni nel campo della lotta alla contraffazione. Come viene illustrato in un articolo pubblicato su Nature Nanotechnology, usando una combinazione di tecniche nano tecnologiche - dalla deposizione di strati monoatomici all'auto-assemblaggio - i ricercatori del prestigioso ateneo britannico sono riusciti a creare copie strutturalmente identiche a quelle presenti sulle ali della Papilio blumei, in grado di riprodurre gli stessi vividi colori.

'Anche se la natura ha una capacità di auto-assemblaggio migliore della nostra, possiamo contare su una varietà di materiali artificiali per ottimizzare le nostre strutture ottiche', osserva Mathias Kolle, primo firmatario dell'articolo. Il modello scoperto nelle farfalle potrebbe essere comune anche ad altri insetti. La riproduzione di strutture fotoniche naturali potrebbe essere utile per la messa a punto di un modello che permetta di comprendere meglio la produzione dei colori in natura, nonché per realizzare sistemi industriali per rendere più sicure banconote, carte di credito e altri documenti e impedirne la contraffazione".

'Le brillanti bande verdi sulle ali di Papilio blumei sono uno stupefacente esempio della astuzia della natura nella progettazione ottica", prosegue Kolle. "Viste con gli opportuni strumenti ottici, queste macchie appaiono di un blu vivido, mentre a occhio nudo appaiono verdi. Questo potrebbe spiegare perché le farfalle hanno evoluto questo modo di produrre i colori: se esemplari della stessa specie vedono la farfalla blu, mentre il predatore vede del verde in un ambiente tropicale, le macchie possono nascondere la farfalla al predatore e al tempo stesso essere ben visibili ai membri della stessa specie".

[source: le scienze]

Dall’Italia nuova luce sulla risoluzione sub-atomica

23/06/2010

Grazie a un innovativo approccio nato dalla collaborazione tra tre gruppi di ricerca del CNR è stato messo a punto un metodo che consente di superare i limiti imposti dalle aberrazioni delle lenti elettroniche. Lo studio pubblicato su Nature Nanotechnology

L'occhio umano non riesce a distinguere due oggetti separati da una distanza minore di un decimo di millimetro: per superare questo limite fisiologico sono stati sviluppati nel corso del tempo microscopi sempre più potenti, fino a giungere ai microscopi elettronici in trasmissione, che "illuminano" il campione con elettroni di lunghezza d'onda un milione di volte più piccola della luce visibile. Le immagini che si ottengono, tuttavia, sono affette da aberrazioni tali che la risoluzione è cento volte peggiore del limite di diffrazione e quindi appena sufficiente a distinguere alcuni degli atomi in un reticolo cristallino. Per superare questi limiti, negli ultimi 60 anni si sono concentrati gli sforzi in tutto il mondo, portando, all'inizio del nuovo millennio, allo sviluppo di microscopi dotati di complessi e costosi "correttori d'aberrazione sferica". Oggi, grazie a un approccio innovativo nato dalla collaborazione tra tre gruppi di ricerca del CNR, si è messo a punto un nuovo metodo in cui un algoritmo matematico consente di superare i limiti imposti dalle aberrazioni delle lenti elettroniche.

La ricerca - pubblicata sulla rivista scientifica Nature Nanotechnology lo scorso maggio e realizzata da Elvio Carlino del Centro di Microscopia Elettronica dell'Istituto Officina dei Materiali-Laboratorio Tasc di Trieste, da Liberato De Caro e Cinzia Giannini dell'Istituto di Cristallografia del Cnr di Bari e da Gianvito Caputo e Davide Cozzoli del National Nanotechnology Laboratory di Lecce - mostra come, tramite originali algoritmi matematici (tecniche cosiddette di "phase retriva") e un'opportuna configurazione dell'esperimento di microscopia elettronica, sia possibile ottenere immagini a risoluzione sub-atomica a partire da una diffrazione elettronica.

Lo studio è stato condotto su un nanocristallo di biossido di titanio con un diametro di circa 50 ångström (un ångström è un decimo di milionesimo di millimetro) e una lunghezza di circa 180 ångström, utilizzando un microscopio elettronico in trasmissione con una risoluzione spaziale di 1.9 ångström, senza correttore d'aberrazione sferica: il nuovo approccio di "diffractive imaging" ha permesso di visualizzare gli atomi della struttura del nanocristallo con una risoluzione di 0.7 ångström, consentendo di discriminare le colonne degli atomi di ossigeno e titanio nella cella cristallina ed evidenziando piccole distorsioni del reticolo di grande importanza per comprendere le proprietà dei nanocristalli.

Un risultato che, oltre a migliorare significativamente i limiti di risoluzione, apre nuovi interessanti scenari nello studio dei materiali nanostrutturati: "I risvolti di queste ricerche hanno un ampio campo d'applicazione nello studio della materia a risoluzione sub-atomica", spiegano gli autori, "laddove si potrebbero aprire spazi di conoscenza sin qui inaccessibili. Un campo potenziale di applicazione, per esempio, è quello dell'ingegneria di nuovi materiali per dispositivi nano-biotecnologici, a base di esotiche interfacce fra nanooggetti, così come della realizzazione di architetture a base di nanomacchine naturali (Dna, cellule, proteine ecc). Definire alla scala sub-atomica le proprietà strutturali di un nanosistema permette di comprendere e progettare sempre meglio i nuovi materiali intelligenti del futuro'.

[surce: cnr]

Grazie a un laser ad attosecondi gli scienziati riescono a "sbirciare" dentro le molecole

23/06/2010

Lo studio, cui ha collaborato anche un team del Politecnico di Milano e dell'Istituto Nazionale per la Fisica della Materia, faciliterà l'osservazione e aumenterà la nostra comprensione delle reazioni chimiche. Pubblicato sulle pagine di Nature, è stato supportato attraverso tre progetti finanziati dall'UE con 14,4 milioni di euro

Le reazioni chimiche non avranno più segreti. Per la prima volta, grazie a un laser capace di inviare impulsi luminosi ogni attosecondo (ovvero un miliardesimo di miliardesimo di secondo), un gruppo di ricerca è riuscito a "fotografare" il movimento degli elettroni all’interno di una molecola. Lo studio, pubblicato sulle pagine di Nature, faciliterà l'osservazione e aumenterà la nostra comprensione delle reazioni chimiche ed è stato supportato attraverso tre progetti finanziati dall'UE che hanno ricevuto un contributo complessivo di 14,4 milioni di euro. In particolare, i progetti XTRA (Ultrashort XUV pulses for time-resolved and non-linear applications) e MAXLAS (Emerging X-ray science and technology: combining laser and accelerator physics) hanno ottenuto, rispettivamente, 3 e 1,4 milioni di euro nell'ambito delle sovvenzioni per la mobilità Marie Curie del Sesto Programma Quadro (6° PQ), mentre il progetto LASERLAB-EUROPE (The integrated initiative of European laser research infrastructures II) è stato finanziato attraverso la linea di bilancio 'Infrastrutture di ricerca' del Settimo programma quadro (7° PQ) con 10 milioni di euro.

I fisici, guidati dal professor Marc Vrakking, direttore del Max-Born-Institut für Nichtlineare Optik und Kurzzeitspektroskopie di Berlino, hanno utilizzato impulsi laser ad attosecondi per compiere quest'ultima prodezza tecnica. In passato, infatti, gli scienziati non erano in grado di osservare questo movimento, a causa della estrema rapidità degli elettroni. Un attosecondo è un miliardesimo di un miliardesimo di secondo, ovvero il tempo nel quale la luce copre una distanza di meno di un milionesimo di millimetro, che corrisponde praticamente alla distanza da un capo all'altro di una piccola molecola. Con la creazione di impulsi laser ad attosecondi, gli scienziati hanno potuto scattare 'immagini' dei movimenti degli elettroni all'interno delle molecole.

"Nel nostro esperimento abbiamo potuto mostrare per la prima volta che, con l'aiuto di un laser ad atto secondi, siamo veramente in grado di osservare il movimento degli elettroni all'interno delle molecole", ha spiegato il professor Vrakking. "Prima abbiamo irradiato una molecola di idrogeno con un impulso laser ad attosecondi. Ciò ha portato alla rimozione di un elettrone dalla molecola: la molecola è stata ionizzata. Inoltre, abbiamo diviso la molecola in due parti utilizzando un raggio laser ad infrarossi come se fosse un paio di forbicine. Questo ci ha permesso di esaminare in che modo la carica si distribuiva tra i due frammenti; dal momento che uno degli elettroni manca, un frammento sarà neutrale e l'altro a carica positiva. Sapevamo dove si trovava l'elettrone rimanente: nella parte neutrale".

'Abbiamo scoperto che anche gli stati doppiamente eccitati, cioè con eccitazione di entrambi gli elettroni di idrogeno molecolare, possono contribuire alla dinamica osservata', ha commentato Matthias Kling del Max-Planck-Institute of Quantum Optics di Garching, nei pressi di Monaco di Baviera, uno dei coautori dello studio. "Non abbiamo - come inizialmente auspicato - risolto il problema. Abbiamo invece aperto una porta. Ma in realtà ciò rende l'intero progetto molto più importante e interessante', ha concluso Vrakking. Al progetto collaborano, tra gli altri, anche Mauro Nisoli e il suo team di ricerca del Politecnico di Milano e dell'Istituto Nazionale per la Fisica della Materia.