Matrici nanocomposte per l`ottimizzazione della caratterizzazione

TITOLO ASSEGNO
Matrici nanocomposte per l’ottimizzazione della
caratterizzazione SERS di materiale organico in opere d’arte
SINTESI DEL PROGETTO DI RICERCA
Il progetto di ricerca riguarda una metodologia innovativa e non invasiva per l’estrazione e l’identificazione
di materiale organico presente nelle opere d’arte, come i coloranti usati per la tintura dei tessuti o i leganti
usati in pittura e restauro (proteine, resine ed olii siccativi). Lo studio è rivolto alla messa a punto di una
matrice nanostrutturata di nanoparticelle (NPs) metalliche inserite in un idrogel, in grado di offrire diversi
vantaggi sia nel campionamento, sia nella caratterizzazione dei composto organico in concentrazioni
estremamente basse.
La caratterizzazione del materiale organico estratto sarà effettuata per mezzo della tecnica SERS (Surface
Enhanced Raman Scattering), i cui parametri principali sono: le specie molecolari da caratterizzare e le
strutture metalliche su cui sono adsorbite.
Al fine di ottenere l’appropriata ottimizzazione dei diversi parametri per la massimizzazione del segnale ed
essendo la sonda SERS (il materiale organico) un parametro fisso, è opportuno valutare il substrato SERS (e
la lunghezza d’onda di eccitazione) più adatto alle necessità sperimentali.
Sulla base del fatto che la lunghezza d’onda del massimo della banda di risonanza plasmonica dipende da
svariati parametri, come la forma delle NPs metalliche, le loro dimensioni e il grado di aggregazione, è
possibile, in principio, controllare uno dei suddetti parametri per proprietà plasmoniche da adattare alle
diverse applicazioni. La preparazione controllata di NPs metalliche di forma diversa è di grande utilità, in
quanto permette di modulare le proprietà con grande versatilità.
Il progetto intende ottimizzare la rilevazione SERS di materiale organico usato nel campo dei beni culturali,
variando le dimensioni, la natura e la forma di NPs inserite in una matrice di idrogel. Le proprietà delle NPs
saranno modificate grazie a diversi processi di riduzione e saranno caratterizzate per mezzo di
spettrofotometria di assorbimento UV-Vis, Transmission Electron Microscopy (TEM) e Environmental
Scanning Electron Microscope (ESEM). Particolare attenzione va rivolta anche alla all’aggregazione delle
NPs, dovuta al restringimento della struttura dell’idrogel dopo l’essiccazione, che favorisce l’interazione
delle NPs di argento tramite la creazione di siti di alta densità plasmonica, intensificando quindi fortemente
il segnale Raman.
Verranno quindi sviluppate strategie diverse in cui il gel è usato come strumento semplice di
campionamento oppure, in modalità operativa altamente integrata, il gel usato per la pulitura del
manufatto viene direttamente analizzato per avere un riscontro quasi immediato sullo stato del manufatto
e sull'andamento dell'operazione di pulitura stessa.
OBIETTIVI CHE SI INDENDE PERSEGUIRE
Lo scopo di questo progetto è l’identificazione estremamente sensibile e specifica di materiale organico
usato nel campo artistico con metodi semplici di estrazione e analisi ottica. Tale risultato sarà ottenuto
tramite l’estrazione del materiale per semplice contatto del suo supporto con un idrogel caricato con
nanoparticelle metalliche per la successiva identificazione tramite SERS.
ARTICOLAZIONE DEL PROGETTO IN FASI/ATTIVITA’
1. Preparazione delle nanoparticelle di argento e di oro di forme differenti per mezzo di dispersioni
colloidali di sintesi e, in parallelo, tramite ablazione laser. Le nanoparticelle metalliche ottenute
saranno caratterizzate con spettrofotometria di assorbimento UV-Vis e immagini TEM o ESEM, per
valutarne forma e dimensioni.
2. Mescolamento delle nanoparticelle con l’idrogel per l’ottenimento di matrici nanocomposte.
Un’ulteriore caratterizzazione del sistema ibrido ottenuto è quindi strettamente necessaria al fine
di valutare possibili cambiamenti, come l’aggregazione, nella distribuzione di nanoparticelle, sia
nella forma idrata della matrice, sia in quella secca. Questa fase è particolarmente importante per
una migliore comprensione della natura del segnale SERS del sistema. Anche in questo caso la
spettrofotometria di assorbimento UV-Vis e le immagini TEM o ESEM sono indispensabili per
descrivere la struttura delle nanoparticelle. Le matrici ibride secche saranno quindi analizzate con
spettroscopia micro-Raman per rilevare eventuali segnali della matrice.
3. Caratterizzazione dei materiali (polveri e soluzioni) tramite tecniche ottiche: spettrofotometria di
assorbimento UV-Vis, fluorescenza, spettroscopia FTIR e Raman.
4. Trattamento delle matrici ibride nanocomposte con soluzioni dei composti organici a differenti
concentrazioni, in modo da valutare la quantità minima di materiale rilevabile nella matrice. Le
matrici nanocomposte verranno fatte seccare per essere poi analizzate con uno spettrometro
micro-Raman per la registrazione degli spettri SERS.
5. Acquisizione di mappature Raman per paragonare la distribuzione del segnale SERS con quella delle
nanoparticelle.
6. Micro-estrazione di composti organici da campioni reali per il controllo dell’efficienza della
metodologia proposta. Il fine è quello di esaminare sperimentalmente l’effetto della risonanza
plasmonica sull’intensificazione della diffusione Raman in presenza di effetti congiunti (risonanza,
aggregazione, ecc.).