• curve
• scansione
• SICM

La realizzazione di attuatori piezoelettrici con risoluzione nanometrica ha permesso lo sviluppo di diversi microscopi a scansione, che utilizzano sonde di diversa natura. Tra questi, il microscopio a scansione di conduttanza ionica (SICM) merita un interesse particolare da parte dei biologi in quanto fornisce immagini di singole cellule in 3 dimensioni, con risoluzione submicrometrica, senza richiedere fissazione chimica.
La sonda è costituita da una pipetta di vetro che, controllata da tre attuatori piezoelettrici, esegue la scansione di un’area prescelta del preparato, percorrendo un corrispondente reticolo XY. Per ogni punto del reticolo la pipetta viene spostata lungo l’asse Z, verso la superficie non conduttiva del preparato. Attraverso la punta della sonda viene prodotta una corrente ionica, la cui ampiezza dipende dalla distanza punta-preparato. Un sistema di controllo a feedback negativo ferma la discesa della sonda ad una distanza dal preparato prefissata. Si ricava così una matrice di quote che vengono utilizzate per costruire un’immagine tridimensionale dell’area studiata.
Per ogni punto di scansione viene costruita una curva della corrente ionica in funzione della distanza dal preparato (curve corrente-distanza), la cui forma è caratteristica quando la sonda avanza verso una superficie ortogonale rispetto al suo asse. Abbiamo osservato che quando la sonda esplora una superficie cellulare si verificano tipiche deformazioni delle curve corrente-distanza. Questa tesi ha avuto lo scopo di identificare il principale fattore che determina tali deviazioni, mediante elaborazione di dati ottenuti sia su preparati artificiali che su cellule.
In ogni esperimento, dopo aver costruito una curva media di riferimento su polistirene (templato), è stata calcolata la differenza tra ciascuna curva ed il templato. Le deviazioni sono state valutate mediante tre indicatori: larghezza, altezza ed area. Il primo parametro indica la distanza dal preparato alla quale ogni curva inizia a deviare dal templato, il secondo indica la massima differenza tra i valori corrispondenti sulle due curve, il terzo valuta l’entità complessiva della deviazione. Ad ogni mappa topografica sono state così associate tre mappe relative ai valori dei tre indicatori. Questi indicatori si sono rivelati concordi tra di loro in quanto presentano alta correlazione in ogni serie di misure.
E’ stata formulata l’ipotesi che un fattore importante di deformazione delle curve potesse essere l’angolo tra l’asse della sonda e la superficie esplorata nel corso dell’avvicinamento. Pertanto, da ogni mappa topografica è stata calcolata una mappa delle pendenze tra punti contigui e questa è stata confrontata con le mappe dei tre indicatori.
In una prima fase del lavoro sono state eseguite scansioni su strisci di vasellina deposta su polistirene. Su questo preparato artificiale, i valori degli indicatori sono risultati in buon accordo con quelli delle pendenze, confermando l’ipotesi avanzata.
I dati raccolti da cellule viventi hanno mostrato alta correlazione tra i tre indicatori, buon accordo tra le mappe degli indicatori e quella delle pendenze, a supporto dell’ipotesi formulata. Tuttavia, in alcune cellule, sono state osservate rilevanti deviazioni che possono essere spiegate considerando fenomeni dinamici della superficie cellulare. La fissazione chimica riduce drasticamente sia i valori delle pendenze tra punti contigui che quelli dei tre indicatori.
I dati indicano che le mappe dei tre indicatori possono essere utilizzate per trarre informazioni sulla irregolarità della superficie studiata, con una risoluzione più alta rispetto a quella ottenuta dalla semplice topografia.