Misura di proprietà elastiche di cristalli liquidi mediante Differential Dynamic Microscopy (DDM)

La tecnica Dynamic Light Scattering (DLS) consente di misurare la mobilità di oggetti in soluzione e di stimarne dimensioni e forma, anche se molto piu' piccoli della lunghezza d'onda della luce. Virus, macromolecole, emulsioni, gel e paste di interesse per il mercato farmaceutico o alimentare vengono caratterizzati di routine con DLS o sue varianti. Tuttavia gli strumenti di DLS presentano tipicamente un costo elevato (laser, elettronica custom, micromeccanica di precisione). Nell'ultimo decennio, il continuo progresso della tecnologia delle fotocamere CCD e CMOS ha consentito lo sviluppo parallelo di tecniche di tracking basate sull'utilizzo di comuni microscopi. Inseguendo singoli oggetti distinguibili individualmente al microscopio (ad esempio colloidi o molecole fluorescenti) è possibile stimare le proprietà reologiche (viscosità ed elasticità) del solvente che li ospita. Tuttavia il tracking non funziona per oggetti generici molto piu' piccoli della risoluzione del microscopio e per sistemi continui come ad esempio le interfacce, le fluttuazioni di densita' nei fluidi isotropi e le fluttuazioni di orientazione nei sistemi liquido-cristallini. La tecnica Differential Dynamic Microscopy (DDM), recentemente proposta dal nostro gruppo in collaborazione con l'Università di Fribourg (Phys. Rev. Lett., maggio 2008) utilizza un microscopio tradizionale in luce bianca equipaggiato con una telecamera con prestazioni adeguate. Dallo studio di filmati rappresentativi dell'evoluzione temporale del sistema, DDM consente di estrarre informazioni sulla dinamica equivalenti a quelle che si otterrebbero con DLS. I risultati mostrano che DDM funziona non solo con oggetti che possono essere risolti dal microscopio, ma anche con oggetti molto piu' piccoli, aggirando cosi' i limiti imposti dalla diffrazione della luce. DDM si propone come una tecnica di grande portata in quanto si basa sull'uso di un semplice microscopio presente in molti laboratori. Il carattere innovativo e il forte potenziale di utilizzo di DDM hanno suscitato l'interesse di diversi organi di divulgazione scientifica, a seguito di comunicato stampa UNIMI (http://www.unimi.it/news/30226.htm). A riprova del forte carattere interdisciplinare di DDM, gli editori di PRL l'hanno segnalata come Editor's suggestion. In questo progetto ci proponiamo di studiare sistemi continui mediante lo studio di fluttuazioni spontanee di orientazione di cristalli liquidi nematici puri in geometrie controllate. Inoltre studieremo la diffusione di nano-particelle nell'ambiente anisotropo fornito dal nematico. Tramite DDM verranno estratte le proprietà dinamiche di diversi materiali liquido cristallini e i valori dei parametri visco-elastici che li caratterizzano, tipicamente di difficile misurazione con altre tecniche. In caso di successo questo studio potrebbe essere esteso a fasi liquido-cristalline di DNA, recentemente scoperte dal gruppo proponente, fornendo cosi' una misura delle costanti elastiche del DNA.