Strengthening the Italian leadership in ELT and SKA

Descrizione del progetto

Pre-biotic lab @TV. Searching for the origin of life.

Nel tentativo di comprendere l’origine della vita sulla Terra, un approccio scientifico promettente consiste nel riprodurre le condizioni in cui opportune reazioni chimiche hanno portato alla formazione delle prime biomolecole circa quattro miliardi di anni fa. Tra le domande ancora senza risposta, una è il possibile ruolo dei substrati (ad esempio, i minerali sulla Terra o i granelli di polvere cosmica nello spazio) che, fungendo da supporto per la condensazione, potrebbero aver favorito tali reazioni, ad esempio quelle tra amminoacidi (con formazione di legami peptidici), alla base della struttura proteica. Il presente progetto mira a creare un laboratorio per studiare le interazioni tra amminoacidi selezionati e minerali, utilizzando i metodi sperimentali della fisica delle superfici (la novità del nostro approccio) per condurre un’analisi approfondita sia delle condizioni in cui le reazioni sono avvenute, sia delle proprietà dell’insieme di amminoacidi che si è formato.

Più in dettaglio, la deposizione di amminoacidi sulle superfici minerali sarà effettuata in ambienti diversi e altamente controllati (in Ultra Alto Vuoto, in presenza di miscele di gas, e anche in liquido). Verranno quindi studiate le proprietà elettroniche degli strati di amminoacidi così ottenuti. L’obiettivo scientifico finale è verificare, attraverso l’individuazione di una specifica risposta fisica, se e in quali condizioni possa verificarsi la formazione del legame peptidico. Questa scoperta rappresenterebbe un importante progresso, raggiungibile applicando i metodi di ricerca della fisica delle superfici a un problema fondamentale e affascinante, chiaramente e direttamente connesso alle scienze della vita. Crediamo che questo approccio possa rappresentare un nuovo ed importante modo per giungere alla comprensione dell’origine della vita sulla Terra (argomento solitamente affrontato da biologi), ottenendo un quadro attendibile di cosa possa essere avvenuto alcuni miliardi di anni fa sul nostro pianeta.

Struttura del Progetto

WP1 – Management (Istituto Nazionale di Astrofisica)
WP2 – Instruments for ELT and SKA (Istituto Nazionale di Astrofisica)
WP3 – Information Technology (Università di Napoli Federico II)
WP4 – ExoLabs (Istituto Nazionale di Astrofisica)
WP5 – Laboratories for R&D (Istituto Nazionale di Astrofisica)
WP6 – National Testing Facilities (Istituto Nazionale di Astrofisica)

Dipartimenti coinvolti

Dipartimento di Fisica

Personale nel Progetto

Referente Scientifico: Prof. Claudio Goletti

Le attività di Tor Vergata nel Progetto STILES

l nuovo laboratorio permetterà l’avvio di una linea di ricerca di interesse astrobiologico: studiare (con metodi propri della Fisica delle superfici) l’evoluzione di film ultrasottili (un solo strato molecolare) di aminoacidi deposti su substrati solidi, scelti tra i minerali presenti sulla terra primordiale (3.5-4 miliardi di anni fa).
Lo scopo: studiare le condizioni per le quali potrebbe essersi sviluppata la vita sulla terra. Permetterà inoltre di investigare le reazioni tra molecole organiche su superfici catalitiche e chirali per la formazione di composti, con evidente connessione al campo della farmaceutica e della sensoristica.
La storia del nostro gruppo di ricerca, attivo nel Dipartimento di Fisica di Tor Vergata (iniziata con Gianfranco Chiarotti, pioniere della ricerca italiana ed internazionale in fisica dello stato solido, dei semiconduttori e delle superfici, nonché uno dei padri fondatori del nostro ateneo) rappresenta l’humus in cui questa curvatura originale ed innovativa ha affondato le proprie radici: sono state le nostre competenze, esistenti qui in ateneo, a rappresentare la condizione per il successo di questa attività del progetto STILES.

L‘obiettivo del nuovo laboratorio (pienamente raggiunto entro la fine del 2025) è stata la realizzazione di un sistema per ultra alto vuoto (UHV) progettato e assemblato per studiare l’evoluzione del legame tra biomolecole semplici adsorbite su superfici solide, a diverse temperature, in diversi ambienti (vuoto, liquido), in diverse condizioni di pH e sotto diversi stimoli (elettroni, ioni). Il sistema è dotato di:

• camera UHV per la caratterizzazione e l’analisi del campione, operante in condizioni di ultra alto vuoto (p<1×10-10 torr), completa di unità di pompaggio;
• tecniche XPS (spettroscopia di fotoemissione a raggi X) e UPS (spettroscopia di fotoemissione ultravioletta) per studiare il legame chimico tra le molecole e l’eventuale sviluppo di bande molecolari dopo il legame;
• analisi AES (spettroscopia elettronica Auger) per monitorare la composizione dello strato adsorbito e l’eventuale contaminazione del substrato;
• caratterizzazione LEED (diffrazione elettronica a bassa energia) dell’ordine dello strato in superficie;
• portacampioni a temperatura variabile, per preparare il substrato e simulare le basse condizioni di temperatura caratteristiche dell’adsorbimento di molecole sulla polvere spaziale (inferiori a 10 K);
• cannone ionico e cannone elettronico per simulare gli effetti del vento ionico solare sugli aggregati di molecole sulla polvere cosmica;
• analizzatore di gas residuo (RGA) per monitorare la composizione dell’atmosfera all’interno della camera UHV dopo l’introduzione di miscele di gas controllate;
• camera di preparazione UHV, con celle di effusione per sublimare le molecole sul substrato prima dell’introduzione nella camera UHV di analisi, e monitor degli spessori deposti. La camera sarà implementata con una speciale connessione che consenta l’introduzione (sotto flusso di Ar per evitare la contaminazione con l’atmosfera) di una cella in liquido per immergere il campione in soluzioni e quindi depositare (eventualmente sotto controllo elettrochimico) le molecole in ambiente liquido;
• finestre ottiche speciali a bassissima birifrangenza per accoppiare il campione (montato sul portacampione in camera UHV) con spettroscopie ottiche sensibili alla superficie, per studiare la riflettività dello strato e (utilizzando luce polarizzata circolarmente) la chiralità degli strati adsorbiti risultanti.