Amplificazione del segnale Raman mediante l'uso di nanoparticelle d'oro per la rilevazione in situ di pesticidi: sviluppo e confronto di differenti metodiche di analisi

Negli ultimi decenni la richiesta di controlli sempre più accurati e precisi sulle matrici alimentari ha dato una notevole spinta allo sviluppo ed al miglioramento di quelle che sono le tecnologie impiegate per rilevare la possibile presenza di adulteranti e contaminanti chimici nei cibi. L'integrità del prodotto e la capacità di determinare l'origine delle materie prime sono quindi di fondamentale importanza per la tutela della salute del consumatore. Grazie alla sua altissima specificità, la spettroscopia Raman risulta essere un potente strumento per l'identificazione dei contaminanti nell'ambito alimentare. La relativa bassa intensità dei segnali Raman (rispetto ad altre tecniche analitiche) è un inconveniente che può essere facilmente risolto mediante l'utilizzo di nanoparticelle di metalli nobili (superfici nanostrutturate di metalli nobili), quali oro e argento, che permettono di amplificare i segnali. In questo caso, la tecnica prende il nome di Surface-Enhancement Raman Spectroscopy (SERS) e grazie alla possibilità di disporre di strumenti portatili, può essere applicata all'analisi in situ dei contaminanti. Attualmente, il metodo più comune per effettuare delle analisi SERS consiste nel campionare l'analita e depositarlo su di una superficie SERS attiva realizzata utilizzando un supporto solido in vetro o silicio sul quale sono state distribuite delle nanoparticelle metalliche di diametro tipicamente compreso tra 10 e 200 nm. Nonostante la facilità con cui possono essere realizzati, i substrati SERS presentano alcuni difetti che ne compromettono il perfetto utilizzo. Il più importante è rappresentato dalla scarsa riproducibilità di segnale causata dalla tendenza delle nanoparticelle ad aggregarsi casualmente una volta depositate sul substrato. L'idea alla base di questo lavoro di tesi è stata quella di preparare dei substrati SERS che simulassero il caso di analisi reale di un pesticida. Sono stati realizzati e studiati dei sistemi in cui le nanoparticelle sono state depositate sull'analita (che si trova sulla buccia del frutto) e non viceversa. Per fare ciò, il sistema modello è stato preparato utilizzando dei wafer di silicio accuratamente puliti, tramite una sequenza di lavaggi atti ad eliminare dalla superficie qualsiasi interferente ed impurezza metallica. Successivamente è stato depositato l'analita selezionato per lo studio, la cui molecola attiva ha un effetto fungicida su molte colture agricole per le quali viene ampiamente utilizzato per la prevenzione della botrite. La deposizione dell'analita è stata eseguita utilizzando la tecnica dello spin-coating grazie alla quale è possibile ottenere una distribuzione omogena del campione su tutta la superficie del substrato. Come ultimo passo sono state depositate diverse tipologie di nanoparticelle d'oro, che differivano tra loro per dimensione e ricoprimento. Nello specifico, sono state utilizzate delle nanoparticelle da 50nm e 120 nm e delle nanoparticelle rivestite da uno strato di silice che previene l'agglomerazione delle nanoparticelle e impedisce eventuali interazioni tra l'analita ed il core metallico responsabili delle variazioni di segnali generati dall'analita. Per la deposizione sono state sperimentate tre diverse metodiche: l'evaporazione sotto vuoto, l'evaporazione in atmosfera satura di etanolo e mediante l'uso di coverslip