Nuovo metodo in tempo reale per il monitoraggio ambientale

Ricercatori di Bochum, Duisburg, Karlsruhe e Münster hanno sviluppato un nuovo metodo per il monitoraggio ambientale. Funziona con la luce del vicino infrarosso (NIR) e consente di registrare con precisione informazioni spettrali dettagliate da vari materiali e campioni biologici. Il team guidato da Jan Stegemann e dal Prof. Dr. Sebastian Kruss dell'Istituto Fraunhofer per i circuiti e i sistemi microelettronici IMS e dell'Università della Ruhr di Bochum ha dimostrato che la cosiddetta tecnologia HyperNIR può essere utilizzata per distinguere tra diversi tipi di plastica senza contatto, ad esempio, il che è utile per i processi di riciclaggio o per il rilevamento di microplastiche. I ricercatori descrivono lo sviluppo nella rivista "Advanced Science", pubblicata online il 4 marzo 2025.

La luce nel vicino infrarosso, invisibile all'uomo, contiene informazioni preziose sulla composizione chimica di un campione. Con i metodi precedenti, poteva essere rappresentata come un'immagine in scala di grigi o come uno spettro, cioè come una distribuzione dell'intensità per diverse lunghezze d'onda. Il nuovo metodo si basa sull'imaging iperspettrale, cioè sulla combinazione di informazioni spettrali e spaziali. Utilizzando componenti economici e disponibili in commercio, i ricercatori possono trasformare qualsiasi telecamera standard in una telecamera HyperNIR e quindi convertire le informazioni spettrali in immagini. A tale scopo utilizzano ottiche a polarizzazione controllabile. È possibile catturare anche marcatori esterni, come i coloranti, ma non è necessario.

Il processo funziona in tempo reale

Il sistema crea tre immagini per campione, che forniscono informazioni spettrali dettagliate. Mentre i metodi tradizionali richiedono una lunga scansione del campione, la telecamera HyperNIR è molto più veloce. "La capacità di analizzare diversi materiali e le loro proprietà in tempo reale può aumentare significativamente l'efficienza dei processi di monitoraggio ambientale", prevede Sebastian Kruss.

Ad esempio, i ricercatori hanno dimostrato di essere in grado di utilizzare la tecnologia HyperNIR per tracciare in tempo reale il modo in cui una pianta di peperone assorbe l'acqua, senza contatto e senza utilizzare coloranti. "Questo imaging iperspettrale può potenzialmente essere trasferito ad altre molecole", afferma Jan Stegemann, fornendo una prospettiva. "Potrebbe essere utilizzata per monitorare il contenuto di nutrienti in una pianta o per riconoscere precocemente infestazioni di parassiti e stress della pianta".

Applicazioni possibili anche in biomedicina

Il metodo HyperNIR può anche essere combinato con la microscopia a fluorescenza per differenziare le varie molecole fluorescenti utilizzate come marcatori. Questo rende il sistema potenzialmente interessante per la ricerca biomedica. Il team guidato da Jan Stegemann e Sebastian Kruss vorrebbe sviluppare ulteriormente quest'area di applicazione in futuro.

"L'integrazione del metodo nei droni potrebbe anche aprire una nuova dimensione nella raccolta e nell'analisi dei dati, contribuendo così a risolvere problemi ambientali urgenti nel campo dell'agricoltura", afferma Sebastian Kruss, delineando un possibile ulteriore sviluppo della tecnologia.