Così la chimica sfida
il movimento della luce

di Françisco M. Raymo *

L'obiettivo del nostro programma di ricerca è lo sviluppo di strategie molecolari per superare la diffrazione della luce e registrare immagini fluorescenti con risoluzione nanometrica. Infatti la diffrazione della luce impedisce la messa a fuoco di radiazioni ultraviolette e visibili in volumi  nanometrici e quindi impone pesanti limitazioni sul potere di risoluzione dei microscopi a fluorescenza convenzionali. Molecole fotoattivabili e fluorescenti possono comunque essere risolte nel tempo sulla base di protocolli di illuminazione sistematici o sequenziali, anche nel caso in cui esse siano co-localizzate all'interno dello stesso volume di sub-diffrazione. Di conseguenza la marcatura di campioni biologici con sonde fluorescenti fotoattivabili  offre la possibilità di ricostruire immagini con una risoluzione a livello nanometrico. In questo contesto progettiamo e sintetizziamo strutture molecolari e supramolecolari che incorporano frammenti fluorescenti e fotocromatici. I loro componenti fotocromatici passano da uno stato incolore ad una forma colorata dopo irradiazione ad un'appropriata lunghezza d'onda e ritornano al proprio stato termico originario. Queste trasformazioni fotoindotte e reversibili sono studiate per controllare l'intensità di emissione degli elementi fluorescenti. In realtà la capacità di questi sistemi fluorofori-fotocromatici di emettere radiazioni elettromagnetiche può essere modulata tramite l'influenza di stimolazioni ottiche. In particolare, possiamo progettare diadi molecolari e strutture supramolecolari in grado di passare da una forma emissiva ad una non-emissiva, o viceversa, una volta sottoposti a irradiazione, per poi ritornare spontaneamente allo stato originario. La combinazione unica di proprietà fotochimiche e fotofisiche di questi sistemi funzionali molecolari e supramolecolari, insieme agli adeguati protocolli di "biolabeling" e schemi di eccitazione multifotonica, possono portare alla creazione di preziosi strumenti analitici per la visualizzazione non-invasiva di campioni biologici con precisione nanometrica.
(* Professore del Laboratory for Molecular Photonics, Department of Chemistry, University of Miami)