Con il suo innovativo sensore di singoli fotoni abilitato velocemente e ad altissima efficienza quantica, il progetto fastMOT (fast gated superconducting nanowire camera for multi-functional optical tomograph) consentirà l’imaging profondo nel corpo umano con tecniche di ottica diffusa. Il sensore, una volta integrato in un nuovo tomografo ottico multifunzionale, permetterà un miglioramento di due ordini di grandezza nel rapporto segnale-rumore, se confrontato con rivelatori esistenti.
Il progetto fastMOT riceverà un finanziamento totale di 3 milioni di euro: 2,49 milioni di euro dallo European Innovation Council e 525.000 euro dallo UK Research and Innovation (UKRI), nell’ambito del fondo di garanzia governativo per progetti Horizon Europe.
Il monitoraggio degli organi e l’imaging profondo nel corpo umano sono tradizionalmente ottenuti grazie all’uso di ultrasuoni, raggi X (inclusa la tomografia computerizzata), tomografia a emissione di positroni e risonanza magnetica. Queste tecniche consentono tuttavia solo misure di funzionalità molto limitate e sono solitamente combinate con agenti esogeni e radioattivi. Sei partner, coordinati dall’azienda olandese Single Quantum, hanno unito le forze per superare tali limiti sviluppando un sensore a elevatissime prestazioni in diverse tecniche di imaging, destinato a migliorare radicalmente la microscopia e l’imaging.
Il nuovo sensore è basato su rivelatori di singolo fotone a nanofilo superconduttivo (superconducting nanowire single-photon detectors, SNSPDs), già dimostratisi estremamente veloci ed efficienti. Tuttavia, fino ad oggi, la dimensione di questi rivelatori è limitata all’ordine di grandezza dei micrometri e il numero di pixel a poche decine.
Il consorzio di fastMOT ambisce ora allo sviluppo di nuove tecniche per superare questi limiti e arrivare a dimensioni dell’ordine di grandezza dei millimetri e al numero di 10.000 pixel. Tutto questo in aggiunta allo sviluppo di nuove strategie per la spettroscopia nel vicino infrarosso risolta in tempo (time domain near infrared spectroscopy, TDNIRS) e per la spettroscopia ottica a contrasto di speckle nel dominio del tempo (time domain speckle contrast optical spectroscopy, TD-SCOS), finalizzate a ottimizzare l’uso del nuovo rivelatore anche grazie a simulazioni Monte-Carlo. Il nuovo sensore verrà integrato in un tomografo ottico e consentirà il miglioramento di due ordini di grandezza nel rapporto segnale-rumore se confrontato con rivelatori di luce esistenti.
L’innovativa tecnologia di rivelazione avrà principalmente impatto in diversi settori: infatti non solamente migliorerà le prestazioni nell’ambito della spettroscopia e dell’imaging medicale, ma consentirà applicazioni rivoluzionarie che porteranno nuove conoscenze e a un notevole impulso economico. Il tomografo ottico multifunzionale proposto permetterà di ottenere immagini di organi e strutture ottiche profonde, nonché il monitoraggio di parametri funzionali, come ad esempio ossigenazione, emodinamica, perfusione e metabolismo. Avrà inoltre la possibilità di migliorare in modo significativo l’accuratezza nell’ambito della diagnosi non invasiva del tumore al seno, riducendo quindi il rischio di effettuare biopsie in conseguenza a falsi positivi a beneficio della qualità di vita delle pazienti e della sostenibilità del sistema sanitario.
In aggiunta a Single Quantum, le istituzioni partecipanti sono il Center for Ultrafast Science and Biomedical Optics (CUSBO) del Politecnico di Milano in Italia, l’Institute of Photonic Sciences (ICFO) in Spagna, la Technische Universiteit Delft nei Paesi Bassi, il network dello European laser research infrastructures Laserlab-Europe AISBL in Belgio, il Forschungsverbund Berlin e.V. in Germania e lo University College London nel Regno Unito.
