Lezioni Pauli alla luce della microscopia

Visualizzare le strutture più sottili: questo è sempre stato il sogno degli scienziati naturali. Ma per molto tempo ai biologi è stata negata una visione nitida delle cellule viventi. Nel 1873, Ernst Abbe si rese conto che la diffrazione della luce pone un limite apparentemente insormontabile alla risoluzione microscopica: un microscopio ottico può distinguere solo strutture più grandi della metà della lunghezza d'onda della luce con cui i campioni sono illuminati. Per oltre un secolo, questo limite di risoluzione è stato considerato inconfutabile. Una persona che non si è lasciata scoraggiare dalla legge di Abbe è Stefan W. Hell. Da giovane ricercatore, il fisico rumeno-tedesco si è proposto di superare la barriera della diffrazione nella microscopia ottica. Ci riuscì negli anni '90, grazie a un ingegnoso trucco.

Un colpo di genio alla frontiera ottica

"Hell è un ricercatore straordinario e un inventore ingegnoso", afferma Matthias Gaberdiel, professore di fisica teorica all'ETH di Zurigo. "È stato il primo a trovare un modo per aggirare il limite di risoluzione di Abbe dei microscopi ottici. Grazie al suo metodo, biologi e medici possono ora osservare le cellule ad alta risoluzione e studiare i processi vitali a livello molecolare". Gaberdiel sta organizzando le Pauli Lectures di quest'anno ed è riuscito ad assicurarsi Hell come relatore.

Hell è considerato il padre intellettuale e lo sviluppatore di una speciale forma di microscopia a fluorescenza chiamata STED (Stimulated Emission Depletion), la cui nitidezza dei dettagli non è più limitata dalla diffrazione della luce. Per ingannare la diffrazione, Hell ha sviluppato un metodo in cui le molecole fluorescenti vicine possono essere fatte brillare una dopo l'altra in modo controllato utilizzando due fasci di luce in uno spazio molto ridotto. In un'immagine al microscopio convenzionale, le due molecole si confonderebbero. Con la tecnica di Hell, si possono ottenere immagini che risolvono gli oggetti circa dieci volte di più rispetto ai metodi precedenti.

In questo modo, Hell ha rivoluzionato la microscopia ottica. Finora, chi voleva penetrare nelle dimensioni molecolari poteva usare un microscopio elettronico, ma non era possibile esaminare cellule o tessuti vivi a causa dei raggi ad alta energia.

La vita e l'opera di un vincitore del premio

Hell svolge attività di ricerca presso l'Istituto Max Planck per la chimica biofisica di Göttingen e presso il Centro tedesco per la ricerca sul cancro di Heidelberg. Per i suoi risultati ha ricevuto numerose onorificenze e premi, in particolare il Premio Nobel per la chimica nel 2014, assegnatogli insieme a Eric Betzig e William E. Moerner. Il Dipartimento di fisica dell'ETH di Zurigo lo ha ora onorato con un invito a tenere le Wolfgang Pauli Lectures di quest'anno.

Nel ciclo di conferenze dell'ETH, che inizierà lunedì 22 maggio, il 54enne Hell racconterà il suo percorso verso il Premio Nobel, fornirà interessanti informazioni sul mondo della microscopia e presenterà gli ultimi sviluppi nel suo campo di ricerca.