Indagare i processi chimico-fisici che avvengono sulla superficie dei materiali riveste un ruolo fondamentale quando si vuole, ad esempio, progettare un nuovo biomateriale, approcciarsi al restauro di un dipinto, sintetizzare un nuovo farmaco o realizzare un microchip per test diagnostici. In questi, come in molti altri casi, la caratterizzazione chimica delle superfici permette di conoscere la st
oria ed il futuro di un materiale. La spettrometria di massa a ioni secondari (SIMS) è una delle principali tecniche per la caratterizzazione superficiale di solidi. L’analisi di campioni solidi mediante spettrometria SIMS richiede la possibilità di estrarre gli atomi dal campione e di ionizzarli prima di inviarli allo spettrometro di massa, nel quale saranno separati ed identificati in base al loro rapporto massa/carica. I processi di estrazione e ionizzazione degli atomi avvengono contemporaneamente attraverso il fenomeno dello sputtering, nel quale un fascio di ioni monoatomici o poliatomici impatta sulla superficie generando ioni secondari dalla superficie del solido bombardato. Le analisi SIMS possono essere condotte solitamente in due tipi differenti di regimi: regime statico e dinamico. Nel regime statico (static SSIMS) la superficie viene colpita da una bassa dose (1012 ioni/cm2) di ioni primari (Bismuth Liquid Metal Ion Source) in modo da poter garantire che mediamente ogni ione del fascio primario impatti con un’area vergine della superficie. Le informazioni chimiche ottenute in regime statico proverranno dai primi 1-2 nm della superficie. La SIMS statica potrebbe essere quindi considerata una tecnica di indagine a metà strada tra il non-distruttiva ed il micro-distruttiva. Al contrario il regime dinamico risulta essere distruttivo per la superficie perché si ottiene accoppiando al fascio di ioni primario un secondo fascio di ioni (Caesium Ion Source) in grado di scavare la superficie con risoluzione di 1 nm. Successivamente lo scavo superficiale può essere caratterizzato mediante profilometria a stilo 3D ad alta risoluzione in modo da poter ottenere una mappatura chimica tridimensionale. In totale le informazioni fornite durante una misura SIMS sono tre: lo spettro di massa, il profilo di concentrazione in profondità e l’immagine ionica secondaria. L’enorme mole di dati ottenuta durante una misura SIMS può essere interpretata ricorrendo a differenti tecniche di analisi multivariata dei dati quali: PCA, PLS, reti neurali, Clustering Analisys etc.. Ulteriore punto di forza di questa tecnica è la possibilità di effettuare imaging ottenendo la composizione chimica con una risoluzione spaziale ed una sensibilità senza precedenti in letteratura. Questa possibilità è attualmente sfruttata non solo nel campo del bioimaging ma anche nella caratterizzazione della superficie di polimeri, strumentazione medica, materiali per l’ingegneria elettronica e organic light emitting diodes (OLEDs). Il Laboratorio di Analisi di Superfici SIMS nasce nel 2011 ed è attualmente impegnato sui seguenti filoni di ricerca:
• analisi di materiali per l’ingegneria
• biomateriali,
• tessuti di colon interessati da tumore e cellule tumorali
• beni culturali.
