Descrizione del modulo "Spettroscopie di risonanza magnetica applicata alla scienza dei materiali (MD.P03.035.002)"

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  • Descrizione del modulo "Spettroscopie di risonanza magnetica applicata alla scienza dei materiali (MD.P03.035.002)" (literal)
Potenziale impiego per bisogni individuali e collettivi
  • Le indagini spettroscopiche condotte consentono la comprensione e il miglioramento delle proprietà dei sistemi in esame alla base delle loro applicazioni. La comprensione dei meccanismi di auto-organizzazione in aggregati supramolecolari di natura micellare e in gel consentono la formulazione di materiali idonei per il rilascio di farmaci e l'ingegneria tissutale. Lo studio di interazioni specifiche farmaco-membrana consente di comprendere il meccanismo di azione di farmaci e, quindi, guidare la formulazione di farmaci più efficaci. La comprensione del meccanismo di rilassamento nucleare dei protoni dell'acqua in presenza di agenti di contrasto consente la formulazione di agenti di contrasto più efficaci. Le proprietà investigate per cristalli liquidi e materiali polimerici portano a conoscenze fondamentali di questi materiali alla base della progettazione di sistemi sempre più efficienti in settori tecnologici specifici. Le indagini di spettroscopia e rilassamento NMR su cementi innovativi eco-sostenibili permetteranno di studiarne la relazione composizione-struttura-proprietà e di proporre strategie per migliorarne le prestazioni meccaniche e funzionali. (literal)
Tematiche di ricerca
  • Nel contesto delle innumerevoli possibili applicazioni delle tecniche EPR e NMR a materiali di interesse biomedico e tecnologico, le attività del modulo si concentreranno sulle seguenti tematiche di ricerca sulle quali i ricercatori afferenti hanno acquisito comprovata esperienza: - studio della struttura, delle proprietà elettroniche e della reattività di complessi di metalli di transizione anche supportati su matrici solide; - studio dell'ordine orientazionale e della dinamica di cristalli liquidi; - studio del polimorfismo e della dinamica di materiali \"glass formers\"; - studio della struttura, della morfologia e della dinamica di materiali polimerici; - studio della struttura e della dinamica di polimeri e dell'interazione polimero-acqua in aggregati micellari e gel per applicazioni biomediche; - studio delle interazioni farmaco-membrana; - studio delle proprietà rilassometriche di agenti di contrasto per imaging a risonanza magnetica (MRI); - studio di proprietà strutturali e dinamiche di materiali nanostrutturati avanzati per lo sviluppo di cementi eco-sostenibili; -studio delle proprietà strutturali e dinamiche di materiali ibridi organici-inorganici. (literal)
Competenze
  • I ricercatori afferenti al modulo hanno esperienza comprovata nella messa a punto e nell'applicazione di tecniche spettroscopiche EPR e NMR, nonché nell'analisi dei dati spettroscopici sulla base di modelli teorici e/o statistici opportuni. In particolare hanno esperienza nella caratterizzazione della struttura e delle proprietà elettroniche di composti di metalli di transizione mediante tecniche spettroscopiche EPR in soluzione e in fase condensata e nello studio dell'organizzazione supramolecolare e della dinamica di sistemi biologici, quali proteine e membrane, mediante tecniche EPR di spin labeling e spin probing. Per quanto riguarda la spettroscopia NMR, le competenze dei ricercatori comprendono tecniche mono- e bi-dimensionali in soluzione, metodi di misura e analisi di tempi di rilassamento di spin nucleare, tecniche di misura statiche o con rotazione all'angolo magico in fase condensata. (literal)
Potenziale impiego per processi produttivi
  • Le indagini spettroscopiche condotte nell'ambito del modulo consentono la caratterizzazione di proprietà microscopiche alla base delle applicazioni dei sistemi investigati, quali l'uso di complessi di metalli di transizione e di ioni di metalli di transizione supportati su superfici solide come catalizzatori, l'uso di cristalli liquidi in displays e altri dispositivi, lo sviluppo di nuovi materiali nanostrutturati avanzati per cementi eco-sostenibili, l'uso di aggregati micellari e idrogeli per il trasporto di farmaci e l'ingegneria tissutale, l'uso di agenti di contrasto per la diagnostica medica, l'uso di materiali compositi polimero/nanoparticella di argilla o silice per l'imballaggio o il rivestimento. (literal)
Tecnologie
  • Le indagini spettroscopiche condotte nel modulo richiedono talvolta procedure specifiche per la preparazione dei campioni e/o la realizzazione di hardware ad hoc. Inoltre l'estrazione di informazioni significative sulla struttura e la dinamica dei sistemi investigati a partire dalle osservabili spettroscopiche richiede l'impiego di programmi software commerciali o la scrittura di programmi specifici per la predizione o l'analisi dei dati. (literal)
Obiettivi
  • Le attività del modulo sono mirate a ottenere informazioni sulla struttura, dinamica e reattività di materiali di interesse tecnologico e biomedico, sia in soluzione che in fase condensata, utilizzando esperimenti di spettroscopia di risonanza magnetica NMR e EPR. Nello specifico le classi di sistemi di maggiore interesse sono quelle dei complessi metallo-organici e di loro derivati impiantati su superfici solide, dei cristalli liquidi, dei polimeri e degli oligomeri sintetici e naturali, dei farmaci, e dei materiali nanostrutturati inorganici e ibridi. L'uso di esperimenti ad hoc consentirà di determinare proprietà microscopiche strutturali e dinamiche di questi sistemi su diverse scale spaziali e temporali, da correlarsi con le proprietà macroscopiche alla base delle loro applicazioni. Oltre a questo obiettivo, le attività del modulo contribuiranno al generale avanzamento delle conoscenze su queste classi di sistemi nonché allo sviluppo delle metodologie spettroscopiche atte alla loro indagine. (literal)
Stato dell'arte
  • Le spettroscopie NMR ed EPR costituiscono tecniche fondamentali per l'indagine di materiali, sia in soluzione che in fase condensata. La spettroscopia EPR rappresenta la tecnica di elezione per lo studio di sistemi paramagnetici quali complessi di metalli di transizione e radicali organici, ma può essere applicata anche a molecole diamagnetiche marcate con spin labels. Le osservabili EPR (tensori g e iperfine, forma di riga) forniscono informazioni sulla struttura e le proprietà elettroniche di composti paramagnetici di metalli di transizione e sulla localizzazione e la dinamica dell'intorno di specie radicaliche. La spettroscopia NMR fornisce numerosi esperimenti per la caratterizzazione di sistemi diamagnetici, ma anche paramagnetici, sia in soluzione che in fase condensata; al di là delle tecniche mono- e bidimensionali per il riconoscimento strutturale di sostanze anche complesse, numerose tecniche NMR danno accesso ad osservabili (chemical shift, accoppiamenti scalari e dipolari, interazioni quadrupolari, tempi di rilassamento) correlabili a proprietà strutturali e dinamiche su scale spaziali e temporali di interesse per la comprensione di diverse classi di materiali. (literal)
Tecniche di indagine
  • Sono impiegate tecniche di spettroscopia NMR e/o EPR integrate con metodologie di sintesi, tecniche sperimentali complementari, e/o mezzi di calcolo per la predizione di osservabili spettroscopiche. Le indagini EPR sono condotte mediante registrazione di spettri in banda X e loro analisi per l'estrazione delle osservabili spettroscopiche fondamentali (g isotropo e costanti di accoppiamento iperfine in soluzione, tensori g e iperfine in fase anisotropa, forma di riga) per la caratterizzazione strutturale e dinamica dei sistemi in esame, siano essi paramagnetici di per sé o marcati con spin labels. Per quanto riguarda la spettroscopia NMR, sono applicate tecniche mono- e bi-dimensionali in soluzione; tecniche per la misura di tempi di rilassamento longitudinale e trasverso sia in soluzione che in fase condensata; tecniche statiche e con rotazione all'angolo magico per lo studio di materiali soft e hard in fase condensata. (literal)
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