كرّس الأستاذ كارلو ليبيرالي مسيرته المهنية لدفع حدود التصوير البصري وتصنيع الأجهزة الضوئية الدقيقة للتطبيقات الطبية والبيئية. وتركز أبحاثه على التصوير الكيميائي الخالي من الملصقات، وخصوصًا باستخدام تقنيات تشتت رامان المتماسك، التي تمكّن من تصوير التركيب الجزيئي للعينات المعقدة بدقة عالية ودون تدميرها. وتعد هذه الأساليب أداة أساسية لدراسة الكيمياء الحيوية الخلوية، وقد طبّقها فريقه البحثي ليس فقط في تشخيص الأمراض، بل أيضًا لتقييم التلوث البيئي، مثل اكتشاف وتوصيف الجزيئات البلاستيكية الدقيقة (الميكروبلاستيك) والألياف الدقيقة (الميكروفايبر). 

كما يُعد فريقه رائدًا في تطوير أنظمة فوتونية مصغرة باستخدام تقنية الطباعة الحجرية ثنائية الفوتون عالية الدقة. ومن خلال طباعة العناصر البصرية الدقيقة مباشرة على وجوه الألياف البصرية، يبتكر الفريق أجهزة مدمجة متعددة الوظائف لتشكيل الحزم الضوئية، والتحكم البصري، والتصوير داخل الجسم الحي—موسّعًا بذلك نطاق التقنيات الضوئية إلى بيئات كانت في السابق صعبة الوصول إليها. 

ومن خلال الدمج التفاعلي للبصريات غير الخطية والهندسة الدقيقة والتصوير الكيميائي، تسهم أبحاث البروفيسور ليبيرالي في تطوير أدوات بصرية متقدمة تهدف إلى تحسين التشخيص، ورصد الملوثات البيئية، وتعميق فهمنا للأنظمة البيولوجية والبيئية.