Scopo di questo progetto di ricerca è quello di valutare l¿impiego della ion soft-landing per la realizzazione di dispositivi elettrochimici basati sulla tecnologia dei biosensori da utilizzare per la risoluzione di problematiche in svariati campi di ricerca. Una delle sfide principali in questo ambito è la capacità di controllare le modifiche chimiche della superficie a livello molecolare. Nuove tecnologie all¿avanguardia hanno contribuito notevolmente al miglioramento dei risultati in questo campo fornendo piattaforme ideali per la creazione di superfici bioingegnerizzate. Da questo punto di vista la ion soft-landing è una tecnica spettrometrica di massa innovativa che si basa sulla deposizione e/o reazione a basse energie cinetiche di ioni molecolari selezionati in massa su una superficie solida. Questa tecnica è stata utilizzata precedentemente dai proponenti per l¿immobilizzazione di proteine e di specie elettroattive utilizzabili come componenti sensibili nella realizzazione di biosensori elettrochimici. Il progetto di ricerca prevede la modifica della sorgente ESI Z-spray di uno spettrometro di massa Q-TOF in modo tale da permettere la deposizione in condizioni ambientali di ioni e microgocce cariche su superfici solide. Le superfici utilizzate saranno costituite sia da elettrodi metallici (oro) che funzionalizzati con materiale nanostrutturato (nanotubi di carbonio, grafene). La modifica così realizzata sarà investigata mediante l¿ausilio di tecniche spettroelettrochimiche per valutarne le caratteristiche.
L'alterazione della composizione chimica di una superficie solida gioca un ruolo chiave nella chimica dei materiali, nelle nanotecnologie e nelle biotecnologie. La modificazione chimica di una superficie consente di alterarne le proprietà fisiche, migliorarne le prestazioni e raggiungere obiettivi specifici quali quelli di indurre una risposta biologica o favorire e/o inibire potenziali reazioni. A tal fine, la ion soft-landing rappresenta una tecnica particolarmente utile per la modifica altamente controllata di una superficie con sostanze chimiche pure. La sorgente di uno spettrometro di massa rappresenta un vero e proprio laboratorio in grado di produrre particolari strutture chimiche reattive con diversi stati di carica che possono essere selezionate e fatte collidere con una superficie solida. Gli esperimenti di ion soft- landing possono essere eseguiti utilizzando strumenti commerciali opportunamente modificati. Recentemente, questa tecnica è stata estesa dal vuoto alle condizioni ambientali in un processo chiamato ion soft-landing ambientale, spostando le reazioni ione superfice all¿interfaccia tra la sorgente dello spettrometro di massa e il filtro ionico sottovuoto. Il gruppo ha recentemente acquisito uno spettrometro di massa Q-TOF dotato di una sorgente ESI per poterlo adattare allo studio di reazioni ione-superficie. La sorgente ESI dello spettrometro di massa Q-TOF ha una configurazione Z-spray con l¿ago spray posizionato ortogonalmente alla lente di focalizzazione degli ioni prima del loro ingresso nello spettrometro di massa. La modifica prevede la costruzione di un sistema di introduzione manuale delle superfici solide tale da poterle posizionare sia dopo il sistema ortogonale di lenti che focalizzano il fascio ionico prima che entri nell¿analizzatore quadrupolare, sia davanti allo spray stesso. Grazie a tale sistema la superficie solida dopo le lenti di focalizzazione sarà colpita dal fascio di ioni, mentre la seconda superfice, posizionata davanti allo spray, verrà colpita dalle microgocce che non vengono deviate dal campo elettrico dalle lenti.
Tale configurazione permetterà di studiare contemporaneamente le reazioni ione-superfice solida sia di specie ioniche ¿nude¿ sia delle stesse specie ioniche ma ancora solvatate dal solvente e in presenza del loro controione.
La ion soft-landing ambientale benificiando di elevate correnti ioniche e della possibilità di modificare a livello monomolecolare una superfice elettrodica potrà essere utilizzata per preparare biosensori proteici basati sull'interazione tra la proteina immobilizzata e l'analita campionato direttamente sull¿elettrodo.
La reattività tra le specie ioniche e la superficie potrebbe essere ulteriormente aumentata nelle condizioni di reazione che coinvolgono le microgocce.
Gli esperimenti di microdroplets soft landing potrebbero beneficiare della cinetica di reazione accelerata che si verifica nelle microgocce. Ad esempio, questo approccio è stato impiegato per derivatizzare biomolecole attraverso la formazione di legami ammidici tra ammine e acidi carbossilici in microdroplets cariche. Le specie derivatizzate hanno dimostrato di essere in grado di autoassemblarsi su superfici di oro attraverso la formazione di legami Au-S. L'interazione di goccioline cariche contenenti composti ionici con superfici solide è risultata spesso più efficiente della reazione equivalente in soluzione. L'aumentata reattività è stata attribuita all'evaporazione del solvente, che si traduce in aumenti drammatici della concentrazione e del valore del pH nelle goccioline. In sintesi, la ion soft-landing ambientale è una tecnica versatile ed economica che può consentire la modifica di superfici solide con ioni complessi. Studi recenti indicano promettenti sviluppi di questa tecnica nella sintesi di cluster ionici e nanoparticelle per processi catalitici su superfici solide, interessanti applicazioni bioanalitiche e mostrano come le reazioni di gocce contenenti ioni siano altamente efficienti e selettive.