All’Università degli Studi di Milano, nel Dipartimento di Scienze della Terra “Ardito Desio”, la geochimica è in costante dialogo con la tecnologia d’avanguardia. Anche grazie all’utilizzo dello spettrometro TOF-ICP-MS Vitesse, distribuito in Italia da Assing. Acquisito nell’ambito del progetto “Dipartimento di Eccellenza 2023–2027”, lo strumento è oggi al centro di una serie di ricerche innovative, che spaziano dalla ricostruzione della Terra primordiale allo studio di nanoparticelle e metalli in tessuti biologici. Ne abbiamo parlato con il Professor Massimo Tiepolo, responsabile del laboratorio di Geochimica, Geocronologia e Geologia Isotopica, per capire come questa tecnologia stia ampliando i confini dell’analisi microscopica, trasformando radicalmente la ricerca nel campo delle geoscienze e aprendo nuove prospettive anche in ambito ambientale e biomedico.
Professor Tiepolo, ci racconta brevemente le principali attività di ricerca del Dipartimento di Scienze della Terra dell’Università di Milano? Su quali fronti siete attualmente più attivi?
Il Dipartimento di Scienze della Terra “Ardito Desio” dell’Università di Milano è uno dei pochi in Italia interamente dedicati allo studio del nostro pianeta, in tutte le sue componenti e dinamiche. La nostra forza sta nell’ampiezza e nella varietà delle competenze, che spaziano dalla geologia classica alla geofisica, dalla geochimica all’idrogeologia, fino agli aspetti più applicativi legati all’ambiente, alle georisorse e alla tutela del patrimonio culturale.
Siamo attivi su molti fronti: conduciamo ricerche di base e applicate che vanno dallo studio dell’evoluzione della Terra primitiva, fino all’analisi e alla gestione sostenibile delle risorse naturali, come minerali, acque e fonti energetiche. Usiamo approcci molto integrati: rilievi sul terreno, analisi di laboratorio con strumentazioni avanzate, tecniche di telerilevamento e modellazione numerica. Questa multidisciplinarità ci permette di affrontare questioni complesse come il rischio sismico e idrogeologico, l’impatto ambientale delle attività umane, il cambiamento climatico e la protezione dei beni culturali.
Negli ultimi anni, un’attenzione particolare è stata rivolta al tema delle georisorse, che rappresenta il cuore del nostro attuale Progetto di Eccellenza 2023–2027: un’iniziativa strategica che ci consente di sviluppare nuovi strumenti per una gestione più sostenibile del territorio e delle sue risorse, valorizzando anche il patrimonio geoculturale e promuovendo l’innovazione digitale.
Perché avete acquisito lo spettrometro TOF-ICP-MS Vitesse della NU?
L’acquisizione del sistema TOF-ICP-MS Vitesse si inserisce nella strategia di potenziamento del nostro laboratorio di Geochimica, Geocronologia e Geologia Isotopica, avviata con il precedente progetto di Dipartimento di Eccellenza. Dopo aver installato strumenti altamente performanti per analisi isotopiche e di elementi in traccia, abbiamo sentito l’esigenza di compiere un ulteriore salto di qualità: ottenere mappe chimiche e isotopiche ad alta risoluzione spaziale.
Il sistema TOF-ICP-MS Vitesse ci consente proprio questo. È uno strumento innovativo, basato su un analizzatore “time of flight”, che permette di acquisire decine di migliaia di spettri al secondo. Questo significa poter visualizzare la distribuzione elementare, fino a pochi ppm, e isotopica all’interno di un campione, rivelando microstrutture, inclusioni o zone di alterazione che resterebbero invisibili con strumenti convenzionali.
Abbiamo scelto questo spettrometro perché ci apre nuove prospettive sia nello studio dei materiali geologici, per esempio nei processi che portano all’arricchimento in materie prime critiche (CRM), sia nell’ambito delle nano-geoscienze e dell’ambiente, permettendoci di analizzare nanoparticelle e particolato ultrafine, elementi chiave per la comprensione del trasporto di contaminanti nell’acqua e nell’aria.
Lo spettrometro è stato acquisito nell’ambito del progetto “Dipartimento di Eccellenza 2023–2027”. Di cosa si tratta e cosa ha significato per voi ottenere questo riconoscimento?
Il riconoscimento come “Dipartimento di Eccellenza” è per noi motivo di grande orgoglio: si tratta di un finanziamento competitivo, assegnato dal Ministero dell’Università e della Ricerca ai Dipartimenti che si distinguono per la qualità della ricerca e per la capacità progettuale. Il nostro Dipartimento ha ottenuto questo riconoscimento per due cicli consecutivi, 2018–2022 e 2023–2027, a conferma della solidità e della rilevanza delle nostre attività scientifiche.
Il progetto attuale si concentra sul tema delle georisorse e sulle sfide associate alla loro gestione sostenibile, alla tutela dell’ambiente e alla valorizzazione del patrimonio geoculturale. Il finanziamento ci consente di investire in infrastrutture avanzate, reclutamento di nuovi ricercatori e attività di formazione altamente specializzata, creando un ambiente di ricerca sempre più competitivo a livello internazionale.
L’acquisizione dello spettrometro Vitesse si inserisce proprio in questo quadro: è uno strumento strategico che ci permette di aprire nuove linee di ricerca, rafforzare collaborazioni nazionali e internazionali e formare studenti e dottorandi su tecnologie analitiche all’avanguardia. In sintesi, il progetto Dipartimento di Eccellenza è un’opportunità per crescere e innovare, mantenendo un forte legame con le esigenze della società e del territorio.
Quali vantaggi offre lo strumento per la vostra attività di ricerca?
Lo spettrometro Vitesse rappresenta un vero e proprio cambio di passo per la nostra attività di ricerca, perché quando accoppiato alla microsonda laser ablation (LA) ci consente di produrre immagini multielemento che mostrano la distribuzione di decine di elementi, anche a concentrazioni estremamente basse, su scala micrometrica. In pratica, non analizziamo più solo “punti” su un campione, ma otteniamo vere e proprie “mappe chimiche”, utilissime per studiare strutture complesse, zonature mineralogiche, inclusioni o alterazioni invisibili a occhio nudo.
Inoltre, grazie alla sensibilità e alla velocità di acquisizione del sistema, possiamo esplorare in modo efficace anche la presenza e la distribuzione di nanoparticelle in diverse matrici ambientali, e quindi studiare in modo più approfondito il trasporto di contaminanti nei sistemi naturali.
Tutto questo amplia enormemente il nostro potenziale scientifico: possiamo affrontare domande più ambiziose, sviluppare approcci innovativi e fornire dati di qualità superiore sia nella ricerca di base che nelle applicazioni ambientali, industriali o culturali.
Vitesse consente di ottenere immagini isotopiche ad alta risoluzione di campioni minerali. Può spiegarci cosa significa e perché è così importante nella vostra disciplina?
Uno dei principali punti di forza di Vitesse è la capacità, quando accoppiato alla microsonda laser ablation (LA), di generare immagini sia elementari che isotopiche ad alta risoluzione spaziale. Questo significa che possiamo visualizzare come si distribuiscono sia gli elementi chimici che i rapporti isotopici all’interno di un campione, con un dettaglio che arriva alla scala del micron. Nel nostro campo, queste informazioni sono cruciali. Le mappe elementari ci permettono di osservare strutture complesse, zonature chimiche, inclusioni, margini di crescita o processi di alterazione che possono raccontarci molto sull’ambiente e sulle condizioni in cui il minerale si è formato o trasformato. Le mappe isotopiche, invece, ci offrono una chiave di lettura ancora più fine: evidenziano variazioni nei rapporti isotopici legati, ad esempio, alla diffusione, alla ricristallizzazione o all’interazione con fluidi. Rispetto alle tradizionali analisi puntuali, questo approccio ci permette di leggere un vero e proprio “paesaggio chimico e isotopico” all’interno del minerale, fornendo una quantità di informazioni senza precedenti sulla storia geologica dei materiali che studiamo.
Quali sono le principali applicazioni che state sviluppando con Vitesse?
Con il TOF-ICP-MS Vitesse stiamo sviluppando numerose applicazioni che spaziano dalla ricerca fondamentale a quella applicata, analizzando minerali, vetri naturali, prodotti sperimentali, matrici ambientali e biologiche. Il cuore dell’attività è la mappatura ad alta risoluzione della distribuzione elementare e isotopica.
Abbiamo utilizzato Vitesse, ad esempio, per la mappatura geochimica di alcuni minerali chiave per le ricostruzioni petrogenetiche, come gli anfiboli in rocce eoarcheane della Groenlandia, ottenendo immagini che hanno rivelato più generazioni mineralogiche non distinguibili otticamente, con implicazioni importanti per la ricostruzione della storia della Terra primordiale.
Lo strumento è stato applicato anche allo studio di prodotti sperimentali ad alta pressione e temperatura, permettendoci, ad esempio, di osservare con grande precisione la distribuzione di elementi leggeri, estendendo così le conoscenze sul ciclo del boro e aprendo nuove prospettive per tracciare in modo più accurato il ciclo profondo degli elementi e le eterogeneità del mantello terrestre.
Recentemente, stiamo trasferendo le nostre competenze anche su matrici biologiche: in collaborazione con il San Raffaele di Milano, stiamo studiando la distribuzione di metalli nel midollo spinale di modelli murini, per correlare la presenza di alcuni elementi all’insorgenza di malattie neurodegenerative. Con l’IRCCS Galeazzi, invece, analizziamo l’interazione tra protesi e tessuto osseo, monitorando la migrazione di metalli per valutarne l’impatto sulla salute del paziente.
Qual è, ad oggi, l’impatto concreto che questo strumento sta avendo sulle vostre linee di ricerca? Ci sono progetti che non avreste potuto realizzare senza Vitesse?
L’introduzione del TOF-ICP-MS Vitesse ha già avuto un impatto molto concreto sulle nostre attività, cambiando radicalmente il modo in cui raccogliamo e interpretiamo i dati chimici alla microscala. Ci ha permesso di affrontare domande scientifiche che, con le tecnologie precedenti, erano semplicemente irraggiungibili. Alcuni progetti attualmente in corso – come lo studio delle rocce eoarcheane in Groenlandia, la caratterizzazione dei prodotti sperimentali ad alta pressione o le analisi su tessuti biologici – non sarebbero stati possibili senza questo strumento. In particolare, l’approccio di imaging multielemento ad alta risoluzione ha aperto nuove prospettive per ricostruire storie geologiche complesse, individuare eterogeneità mineralogiche o tessutali invisibili otticamente, e analizzare campioni rari o non riproducibili in modo non distruttivo e con una quantità minima di materiale. Dal punto di vista scientifico, Vitesse ci ha già permesso di sviluppare nuove collaborazioni interdisciplinari e di competere a livello internazionale su tematiche di frontiera. E siamo solo all’inizio: i margini di sviluppo sono ancora enormi, sia per quanto riguarda l’ottimizzazione delle metodologie, sia per l’esplorazione di nuovi ambiti applicativi.