Un Viaggio nel Nanocosmo

Le applicazioni della microscopia elettronica coprono un ampio spettro, dall'ispezione dei semiconduttori alla ricerca sui materiali e alla ricerca sulla biologia molecolare. Nel TEM convenzionale così come nel più recente Cryo-TEM, che ha ricevuto il premio Nobel nel 2017, i campioni devono essere nanoposizionati con alta precisione in una coordinata XYZ e poi inclinati intorno a un asse per produrre un certo numero di immagini di trasmissione per la ricostruzione dell'immagine. Specialmente nel Cryo-TEM, che usa fette molto sottili e vetrificate di campioni con uno spessore tipico di 50 nm, il contrasto è basso. Quindi, tipicamente, migliaia di immagini da diversi angoli di inclinazione sono necessarie per la ricostruzione.

Tuttavia, quando si scansionano campioni con TEM o SEM (Scanning Electron Microscopy) non solo il preciso posizionamento iniziale del campione è un aspetto fondamentale del metodo, ma anche una scansione molto precisa del campione nell'intervallo nanometrico e subnanometrico.

Ciò significa che tutti i metodi di microscopia elettronica hanno bisogno di azionamenti di precisione per diverse dimensioni di libertà, in genere tra tre e sei, compresi i movimenti XYZ, le rotazioni e l'inclinazione a seconda della configurazione hardware specifica.

Per ottenere la massima dinamica, le più piccole dimensioni esterne del microscopio e la massima comodità per l'utente, queste unità devono essere collocate preferibilmente all'interno della camera a vuoto con requisiti di pressione tipicamente tra 10^-4 mbar e 10-6 mbar. Ulteriori requisiti per gli azionamenti sono l'uso di materiali non magnetici e per il Cryo-TEM la temperatura di lavoro di etano liquido (-160 C) o addirittura azoto liquido (-196 C).

Un esempio attuale di applicazione del Cryo-TEM è nella lotta contro il COVID-19. Questa tecnologia gioca un ruolo cruciale nell'identificazione della struttura della superficie proteica del virus SARS-CoV-2. La conoscenza acquisita sull'involucro esterno del virus offre importanti indizi sui meccanismi e le possibilità di combatterlo. Il coronavirus sferico, tipicamente ha le cosiddette punte che sporgono dalla sua superficie. Queste punte non solo gli hanno dato il nome, corona, ma sono probabilmente responsabili dell'alta infettività del virus. Questi picchi si attaccano facilmente alle cellule umane e possono rimanervi abbastanza a lungo da fondere il DNA del virus con quello delle cellule umane. Poiché i virus possono cambiare rapidamente la loro struttura, cioè mutano costantemente, il loro aspetto è un indicatore di mutazioni.