Dispositivo optofluidico integrato per intrappolamento di cellule ed illuminazione con piani di luce

Lo studio di campioni biologici attraverso la microscopia da sempre fondamentale per poterne analizzare forma, dimensioni, struttura ed evoluzione spazio-temporale. La sfida è quella di migliorare le prestazioni di visualizzazione, risoluzione e velocità, adottando tecniche non invasive che permettano un’analisi in vivo del campione stesso. Tre diverse tecniche la Selective Plane Illumination Microscopy (SPIM) permette di generare immagini tridimensionali di organismi marcati con molecole fluorescenti. Il principio base della SPIM consiste nell'illuminare definite porzioni del campione mediante piani di luce, creati focalizzando il fascio di eccitazione tramite lenti cilindriche. Questa tecnica quindi permette di realizzare un sezionamento ottico del campione biologico che viene mantenuto nel suo ambiente ideale di crescita. Il passo successivo è la realizzazione di un dispositivo integrato in cui siano presenti sia gli elementi ottici che permettono la creazione del piano di luce che quelli microfluidici che consentono di trasportare le cellule di interesse. Durante questo lavoro di tesi sono stati fabbricati su un substrato di vetro in silice amorfa (fused silica) dei canali microfluidici e delle guide d’onda sepolte utilizzando per entrambi la tecnica di microfabbricazione mediante impulsi laser a femtosecondi. Scegliendo opportunamente i parametri di irraggiamento, questa tecnica permette di fabbricare sia dispositivi ottici e fotonici che canali microfluidici tridimensionali direttamente all’interno di un substrato trasparente. [Le guide d’onda si formano grazie al locale innalzamento dell’indice di rifrazione del vetro indotto da un assorbimento multifotone nel punto di fuoco del fascio laser; i canali si realizzano con una fase di irraggiamento del campione secondo la geometria desiderata e con una successiva fase di attacco chimico in acido fluoridrico (HF).] Per ottenere il piano di luce di eccitazione è necessario che il fascio venga focalizzato in una sola direzione tramite lenti cilindriche. Sono state effettuate delle prove per fabbricare guide d’onda in grado di trasportare la luce di eccitazione nel visibile (473 nm). Per la focalizzazione si è usata una lente costituita da un canale microfluidico integrato a sezione ellittica riempito con un liquido ad un opportuno indice di rifrazione. Per bloccare le cellule nella zona di analisi è stata studiata una tecnica di intrappolamento mediante forze ottiche senza contatto fisico (optical trapping). E’ stata dimostrata la possibilità di prevedere e controllare con precisione la posizione e le dimensioni del piano di luce nella zona focale, modificando opportunamente i parametri di fabbricazione del dispositivo. Successivamente è stata verificata la possibilità di eccitare la fluorescenza di una sezione del canale riempito con liquido fluorescente, a dimostrazione della capacità di illuminare selettivamente un campione biologico contenuto al suo interno.