Sintesi e caratterizzazione di nanoparticelle di anatase per la nanotermometria Raman

The determination of local temperature at nanoscale is a key point to reach the control of physical, chemical or biological processes, since temperature is an important parameter influencing processes themselves. Since a wide range of applications, from nano- or micro-electronics to nanomedicine, requires a precise determination of the temperature at the nanoscale, a great experimental effort is worth to be devoted in the nanothermometry field, from the realization of new materials, to the implementation of detection techniques and test of prototypes of real devices. The driving force for the realization of new materials is the attainment of high sensitivity and the minimum temperature resolution. This project will give a contribution to solve these interesting challenges. It is based on the realization of new optical biocompatible nanothermometer, working from the visible range to the near-IR (in the biological window) one. Raman spectroscopy will be exploited for temperature measurements. It presents the great advantage of contactless and non-destructive measurements and it is characterized by a high spatial resolution. Titanium dioxide, a wide band gap insulator, will be properly synthetized and used as Raman active materials thanks to its interesting features: it presents high chemical stability and nontoxicity. Moreover, it exhibits the typical characteristics of a Raman thermometer: a large Raman scattering cross-section, a high-intensity Raman peaks at low Raman shifts, well-defined and distinguishable Raman peaks, and low absorbance at the excitation wavelength.

La determinazione della temperatura locale su scala nanometrica è un punto chiave per raggiungere il controllo di processi fisici, chimici e biologici, dato che la temperatura è un parametro importante influenzante i processi stessi. Dal momento che un’ampia gamma di applicazioni, dalla nano o micro elettronica alla nanomedicina, richiede una precisa determinazione della temperatura su scala nanometrica, vale la pena dedicare un grande sforzo sperimentale nel campo della nanotermometria, dalla realizzazione di nuovi materiali, all’implementazione di tecniche analitiche e ai test prototipici di dispositivi reali. La forza trainante per la realizzazione di nuovi materiali è il raggiungimento di un’alta sensibilità e di una buona risoluzione spaziale nella rilevazione della temperatura. Questo progetto contribuirà a risolvere queste sfide interessanti. Si basa sulla realizzazione di nuovi nanotermometri ottici biocompatibili, funzionanti dal range del visibile a quello del vicino infrarosso (nella finestra biologica). La spettroscopia Raman sarà sfruttata per la misura delle temperature; essa presenta il gran vantaggio di consentire misure non distruttive, senza contatto ed è caratterizzata da un elevato potere di risoluzione spaziale. Il Biossido di Titanio, un isolante con un ampio band gap, sarà opportunamente sintetizzato e utilizzato come materiale Raman attivo grazie alle sue caratteristiche interessanti: presenta un’elevata stabilità chimica e atossicità. Inoltre, esibisce le tipiche caratteristiche di un termometro Raman: una grande sezione d’urto di diffusione Raman, dei picchi ben definiti e distinguibili aventi un'alta intensità a bassi valori di Raman shift, una bassa assorbanza alla lunghezza d’onda della radiazione eccitatrice.