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06 Luglio 2021

Il Malvern Correlator: il primo granulometro laser commerciale al mondo

Figura1: Premio Macrobert presso Buckingham Palace nel 1977: da sinistra E. Jakeman, R, Jones, C. Oliver, R. Pike, R. Lees (RSRE) e S. Trudgill (Malvern Instruments)

Il 20 Dicembre 1977 il Royal Signals and Radar Establishment (RSRE) e la Malvern Instruments ricevettero l’ambito Premio Macrobert per lo sviluppo del Malvern Correlator. Questo fu fondamentale per l’evoluzione della spettroscopia di correlazione fotonica e della linea di strumenti Zetasizer. Il Premio MacRobert è il più prestigioso e longevo premio inglese per l'innovazione ingegneristica.  Tra i vincitori del passato si annoverano ingegneri responsabili di innovazioni come il motore a reazione Pegasus, i convertitori catalitici, il tetto del Millennium Dome, e protesi intelligenti.

L’idea per il Malvern Correlator nacque dal lavoro svolto sulle proprietà fondamentali della luce tra la metà e la fine degli anni '60 presso l’RSRE.

Roy Pike ed il collega Eric Jackman concepirono l’idea della correlazione quantistica degli eventi fotonici, con l’obiettivo di creare un innovativo spettroscopio ad alta risoluzione. Altri membri del team come l’ingegnere elettronico Robin Jones e Chris Oliver, collaborarono alla costruzione del primo sistema sperimentale.

Figura 2: Il primo Malvern Correlator, 1971

Con la collaborazione del National Research Development Council (NDRC) la tecnologia fu brevettata e stipulata una licenza di produzione con Steve Trudgill, il fondatore di Malvern Instruments (allora Precision Engineering Systems) nel febbraio 1971. Il primo Malvern correlator fu lanciato sul mercato 9 mesi dopo, con applicazioni nelle seguenti aree:

  • Aeronautica: per campi di flusso aerodinamico nello sviluppo di motori aeronautici
  • Ingegneria marina: misura dei campi di velocità e instabilità intorno a modellini navali
  • Petrolifero: valutazione delle performance dei bruciatori dall’analisi della velocità e instabilità dei livelli di gas reattivi
  • Farmaceutico: studio del flusso sanguigno nella retina, per diagnosticare malattie e difetti oculari

Figura 3: Lo spettrometro Malvern Type 4300

L’applicazione principale dello strumento, come si scoprì, fu la capacità di misurare la granulometria di particelle in sospensione o di macromolecole in soluzione tramite il coefficiente di diffusione dello scattering. Infatti, nel 1970 il gruppo di ricerca pubblicò un articolo su Nature, intitolato "Determination of Diffusion Coefficients of Haemocyanin at Low Concentration by Intensity Fluctuation Spectroscopy of Scattered Laser Light".

Per misurare la granulometria delle particelle, i componenti elettronici dovettero essere abbinati ad un goniometro light scattering, come mostrato in figura 3; in questa configurazione il Malvern Correlator, divenne il primo granulometro laser commerciale al mondo.

Da allora la tecnica Photon Correlation Spectroscopy(PCS), più comunemente nota come Dynamic Light Scattering (DLS), ha continuato ad evolversi e alla fine degli anni ’70 apparve sul mercato il primo sistema di misura integrato della Malvern, l'Autosizer. Il successivo sviluppo dell’Electrophoretic Light Scattering (ELS), negli anni 80, portò alla progettazione del sistema integrato per la misura di size e potenziale zeta: lo Zetasizer 2.

Con l’introduzione dello Zetasizer Nano, un numero sempre crescente di accademie e industrie hanno adottato le tecniche DLS e ELS. Lo Zetasizer Nano con caratteristiche innovative quali il Non-Invasive Back-Scatter (NIBS) ed il Mixed-Mode Measurement Phase Analysis (M3-PALS) ha rivoluzionato l’analisi della dimensione delle particelle e del Potenziale Zeta.

Figura 4: Il nuovo Zetasizer Advance

I successori della linea Zetasizer, la serie Zetasizer Advance (fig.4), utilizzano i principi base proposti da Roy Pike e dai suoi colleghi 50 anni fa. Tuttavia, gli ultimi progressi nella tecnologia dei microprocessori, nelle capacità hardware e software, hanno migliorato notevolmente la qualità della misura, la versatilità, la robustezza e la facilità d'uso. Oltre alla tecnologia NIBS e M3-PALS, gli Zetasizer Advance integrano numerose caratteristiche innovative, come l’Adaptive Correlation, Multi-Angle Dynamic Light Scattering (MADLS), e la Depolarized Dynamic Light Scattering (DDLS), per fornire come mai prima informazioni accurate sui campioni.

Citando il comitato responsabile della scelta dei destinatari del premio MacRobert “il Malvern Correlator fornisce un eccezionale esempio di come i principi scientifici avanzati possano essere alleati agli ultimi sviluppi tecnologici per fornire strumenti di valore pratico e commerciale”.

Senza la lungimiranza, la conoscenza e l’innovazione portate da Roy Pike e l’acume commerciale di Steve Trudgill, la Malvern Instruments non avrebbe avuto un impatto così globale nel campo della strumentazione scientifica. Di conseguenza "tanto di cappello" a tutti i vincitori del premio Macrobert del 1977 per il loro importante contributo alla scienza, all'ingegneria e in effetti al successo della Malvern Panalytical, mentre l’azienda continuerà ad innovare sulla base dei traguardi raggiunti fino ad oggi.

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