Workpackage 3

WP3: Apparato prototipo per la deposizione in vuoto e ultra-alto vuoto di specie selezionate in massa/carica.
Responsabile : P. Bolognesi. Partecipanti: L. Avaldi, P. Calandra, A. Cartoni, L. Carlini (unità di personale TD incrementale), J. Chiarinelli (Dottorando Dip. Scienze Università Roma Tre in cotutela con CNR-ISM). Collaborazione con PMI : Ionvac Process S.r.l.
Collaborazione con OdR esterni regione : CNRS-CIMAP (France)
Questa attività ha beneficiato del contributo del Sig. A. Morabito (CNR-ISM), tecnico elettronico, per lo sviluppo degli alimentatori per i vari elementi del sistema di trasporto ionico.

Nella ESD a pressione atmosferica la deposizione avviene in un ambiente in cui il fascio ionico può inglobare e trasportare pulviscolo, impurezze e molecole del solvente. Questi elementi inquinanti possono influenzare la funzionalità e l’efficienza del biosensore. L’obiettivo del WP3 è la realizzazione e caratterizzazione di un set-up in cui ESD avviene in condizioni di alto o ultra-alto vuoto. Il WP3 beneficia dei risultati relativi alla preparazione delle soluzioni e alle tecniche di caratterizzazione del WP1.
Questo WP si articola in 3 attività :
Attività 3.1. Costruzione di un set-up modulare per ESD in alto e ultra-alto vuoto.
Attività 3.2. Progettazione e realizzazione di una camera di deposizione in alto e ultra-alto vuoto
Attività 3.3. Deposizione di enzimi in condizioni di alto vuoto e di proteine selezionate in massa/carica in ultra-alto vuoto.

SAL Dicembre 2019

La strumentazione in uso per realizzare le attività di questo WP è completamente originale e progettata ad-hoc. La parte di generazione del fascio ionico, il suo trasporto e selezione in massa è stata sviluppata dal CNR-ISM in collaborazione con CNRS-CIMAP.
Il disegno tecnico dell’apparato è riportato in figura 1, mentre le parti realizzate sono illustrate nelle figure 2 e 3.

Figura 1 : Vista dall’alto del progetto dell’intero apparato. Partendo da sinistra si possono vedere il sistema di inserimento in vuoto del fascio ionico, il sistema di trasporto con l’ottupolo, il sistema per la selezione in massa/carica con il quadrupolo, il deflettore elettrostatico per portare il fascio verso la camera di deposizione e in fondo a destra il sistema di diagnostica con un rivelatore per ioni.
 
 

 

 

Figura 2: La prima parte del set-up in cui il fascio ionico è immesso in vuoto e guidato dall’ottupolo. Nella configurazione attuale dopo la valvola si è connessa la camera provvisoria per studiare la deposizione in alto vuoto (vd. Attività 3.3)
Figura 3: La seconda sezione dell’aparato con le due componenti: quadrupolo e deflettore elettrostatico.

 

 

 

 

Il prototipo per la camera di deposizione è stato progettato in collaborazione con Ionvac Process Srl una volta che tutte le componenti relative al trasporto (figura 3) e selezione del fascio (figura 4) sono state consegnate presso il laboratorio della sede secondaria del CNR-ISM a Montelibretti. Il progetto della camera è oggetto del Deliverable D2 del progetto DESIR (All. 4). Una vista complessiva del sistema è rappresentata in figura 4, mentre in figura 5 è mostrato l’accoppiamento della camera di deposizione con la camera del quadrupolo/deflettore elettrostatico già mostrato nelle figure 1-3.

 

Figura 4: Progetto del prototipo del sistema di deposizione con la camera di load/lock e la camera di deposizione vera e propria.
Figura 5: Accoppiamento del protitpo della camera di deposizione con la camera del quadrupolo/deflettore elettrostatico
 

 

 

 

 

 

Le condizioni geometriche e l'effetto dei vari elementi elettrostatici responsabili del trasporto del fascio ionico dalla sorgente fino all’uscita della guida ottupolare sono stati simulati con il software di ottica elettrostatica SIMION. I risultati della simulazione sono oggetto di un report, che corrisponde al Deliverable D1 del progetto (Report 3) .

 

 

Inoltre il sistema è stato dotato di un software di controllo che permette di ottimizzare il trasporto del fascio ionico durante l’esperimento.
Il sistema di controllo per assegnare le tensioni e/o  le radiofrequenze ai vari elementi del set-up, leggere la corrente del fascio nei vari punti (figura 6) e misurare l’intensità della corrente ionica trasmessa alla fine del set-up è stato realizzato nel linguaggio LabView (National Instrument).

Figura 6: Schema del sistema di trasporto degli ioni con i vari elementi. I punti per il prelievo dell’informazione sull’intensità del fascio per la sua ottimizzazione sono indicati dai box gialli.