WP1: Realizzazione ed ottimizzazione del sistema di electrospray ionization accoppiato al sistema di spettroscopia di massa (ESI-MS).

La responsabile di questo WP è la Dr.sa P. Bolognesi (CNR-ISM), con elevata conoscenza della chimica-fisica delle biomolecole e esperienza nella progettazione di strumentazione innovativa per la produzione e trattamento di fasci ionici. Sarà coadiuvata da L. Avaldi (con esperienza nei processi fondamentali nell’interazione di elettroni/ioni con sistemi a bassa densità, spettroscopia e reattività di molecole di interesse biologico e loro clusters e sviluppo di strumentazione per trasporto e rilevazione di ioni ed elettroni) e dall’ Assegnista di ricerca 2 (background in chimica fisica delle molecole biologiche e spettroscopia di massa). Questa attività prevede una stretta collaborazione con la PMI IonVAc Process S.r.l con consolidata esperienza nella realizzazione di sistemi da vuoto e strumenti per deposizioni di materiali attraverso plasmi e con OdR esterni alla regione (CNRS-CIMAP: P. Rousseau, A. Domaracka; Phys. Dept. University of Stockholm: H. Zettergren, M. Stockett) per la costruzione del prototipo. Il WP1 si fonda sulle competenze sviluppate nell’ambito del precedente progetto DESIR (Bando gruppi di Ricerca, Regione Lazio) in cui una sorgente ESI è stata accoppiata ad una guida ottupolare e ad un selettore in massa/carica quadrupolare. Questo WP si articola in 3 task:
Task 1.1 Ottimizzazione dello stadio di accoppiamento ESI-vuoto.
In un set-up di ESI-MS bisogna accoppiare la sorgente ESI con un sistema di immissione del fascio in vuoto e quindi trasportare il fascio ionico verso il selettore quadrupolare. La strumentazione in possesso del gruppo di ricerca e attualmente completamente caratterizzata è formata da una sorgente ESI non commerciale accoppiata ad una camera da vuoto in cui un capillare riscaldabile, con il ruolo di controelettrodo, trasporta il fascio ionico in vuoto. Uno skimmer, lenti elettrostatiche e una guida ionica ottupolare garantiscono un primo stadio di pompaggio differenziale con una pressione dell’ordine 10-5/10-6 mbar. Gli studi di caratterizzazione di questo stadio [3] hanno mostrato che nell’attuale sistema dopo l’ottupolo la corrente ionica è pari a qualche decina di pA e che la perdita maggiore di trasmissione avviene nella regione in aria tra l’ago che produce la spray ed il capillare. Questi valori di corrente potrebbero non essere sufficienti per una rivelazione efficiente dei complessi miRNA-molecole target nelle matrici considerate nel progetto. A tal fine si opererà per permettere l’alloggiamento di capillari di sezione maggiore o di un sistema a multicapillari oppure di un dispositivo che sfrutti la fluidodinamica del gas che entra nella sezione in vuoto per ottenere un aumento dell’intensità del fascio ionico di un fattore tra 10 o 100, con relativo aumento della sensibilità nelle misure di spettrometria di massa realizzate con il quadrupolo. La PMI Ionvac Process S.r.l., collaborerà con il gruppo per la realizzazione meccanica delle modifiche della sorgente ESI. 
Task 1.2  Sviluppo di procedure remotizzate per il controllo del set-up e sistema di acquisizione dati.
Dopo la sezione di immissione degli ioni molecolari in vuoto, il set-up sperimentale in allestimento al CNR-ISM consta di un selettore in massa/carica quadrupolare e il sistema di rivelazione degli ioni trasmessi. Come mostrato nella Fig.1 (all.7) i sei stadi del set-up utilizzano diversi strumenti per la guida del fascio di ioni molecolari e la selezione in m/z, e altri strumenti per il controllo e l'ottimizzazione del trasporto. Lo scopo di questo WP è quello di sviluppare un software di controllo per permettere all’operatore di controllare il set-up e la scansione/lettura di ciascuno di questi elementi, da remoto e rendere completamente programmabile la gestione del set-up, delle misure ed il salvataggio dei dati. Questo implica un’opportuna scelta dell’hardware per l’interfacciamento e lo sviluppo in ambiente LabView (National Instruments) sia del software di controllo che dell’interfaccia grafica. Infine, bisognerà sviluppare un opportuno package per l’analisi dei dati che includa un confronto diretto con i risultati delle simulazioni computazionali del WP3. 
Task 1.3  Progettazione di uno stadio per la caratterizzazione dei complessi e/o loro frammenti.
La sezione finale del set-up, in realizzazione presso CNR-ISM sede di Montelibretti, è caratterizzata da un deflettore quadrupolare che permette la deflessione del fascio di ioni molecolari selezionati in massa/carica per ulteriori caratterizzazioni. Questo WP ha lo scopo di sviluppare un progetto supportato da opportune simulazioni con il software di ottica elettrostatica SIMION [www.simion.com] che accoppi al deflettore un sistema di lenti elettrostatiche per un efficiente trasporto del fascio e una trappola ionica che permetta di raggiungere densità di ioni molecolari sufficiente per esperimenti di tipo “collision induced dissociation”, CID, e/o fotoionizzazione con una lampada VUV a gas nobili. Entrambi i metodi sono stati applicati con successo alla caratterizzazione di pattern di frammentazione di peptidi, proteine ed aminoacidi. Ciascun metodo
induce condizioni di ionizzazione diverse, che favoriscono percorsi di decomposizione governati da specifici meccanismi, come mostrato per esempio dagli studi sul peptide Leu-encefalina [4,5]. Per quanto riguarda la trappola ionica, verranno considerate sia una trappola lineare che una trappola quadrupolare di Paul [6]. La PMI Ionvac Process S.r.l. collaborerà per realizzare il progetto meccanico esecutivo di questo stadio.