Studio sui dispositivi plasmonici

I progressi che si sono succeduti in ambito scientico-tecnologico hanno permesso di migliorare i trattamenti forniti dalla medicina a vantaggio della qualità di vita. Le moderne cure per la salute prevedono l'applicazione di metodi diagnostici basati sul monitoraggio e/o sull'identicazione di quei tratti caratteristici, che vengono alterati dalle malattie oggi presenti. Tutti questi metodi vengono applicati nei laboratori specializzati i quali attraverso innovative apparecchiature riescono a venire incontro alle esigenze dei pazienti e degli specialisti. In questi ultimi anni si sta altermando una particolare classe di questi dispositivi basati sulla tecnica di risonanza plasmonica di supercie (SPR). Questi in particolare rappresentano l'ultima frontiera per i biosensori label-free capaci di determinare una misurazione che sfrutta il fenomeno della risonanza plasmonica. La tecnica a SPR si basa sull'omonimo fenomeno ottico che consente l'osservazione in tempo reale dell'interazioni di legame fra un'analita in soluzione ed un ligando immobilizzato sulla super- cie del sensore. Le applicazioni della tecnica SPR sono numerose, sia nel campo farmaceutico e diagnostico che in quello genetico e nano-tecnologico. Infatti la tecnica a SPR può essere applicata per sistemi di drug discovery, regolazione dei geni o più generalmente sugli studi di struttura e di funzione di biomolecole. Ad esempio è utilizzata per: - caratterizzare la cinetica, l'anità e la stechiometria d'iterazione, - determinare la concentrazione di un componente in una concentrazione, - realizzare studi termodinamici, - studiare l'eetto del mezzo su un'interazione (pH, sali, additivi, etc. . . ), - la cattura di ligando sconosciuto, - rilevazione di epitopi, etc. Le iterazioni comunemente usate includono: - Proteina-proteina - Proteina - D.N.A - Proteina - Piccole Molecole< 100Da - Anticorpo - Antigene - Recettore di Membrana-Ligando - Peptide - Recettore La medicina moderna è senza alcun dubbio indirizzata ad operare tramite queste nuove tecniche di diagnosi basate sul monitoraggio dei biomarcatori presenti nei uidi biologici ed è proprio grazie a queste tecniche innovative, che è tutt'oggi possibile diagnosticare malattie molto gravi in fase ancora non dannosa prima della comparsa dei sintomi caratteristici. Inoltre il continuo monitoraggio di questi marcatori biologici permette di determinare in alcune situazioni, la predisposizione dei soggetti a determinate malattie aumentando cosí il campo di prevenzione che la medicina può offrire oggi. Senza alcun dubbio i biosensori SPR saranno un forte candidato come tecnologia di base per tutti i sistemi di analisi per la diagnostica che la medicina moderna dovrà introdurre nei protocolli futuri. Lo scopo di questa tesina è di presentare in modo generale la classe dei sensori SPR descrivendone i principi di funzionamento, alcune congurazioni con le quali vengono utilizzati e fornire alcuni esempi di applicazion

Sviluppo di un rivelatore CMOS per Soft X-ray per applicazioni con sorgenti FEL

Le sorgenti di luce di sincrotrone e le nuove sorgenti a Laser ad elettroni liberi (FEL) hanno aperto una nuova frontiera nell'indagini scientifiche che utilizzano radiazioni elettromagnetiche nello spettro del EUV e/o raggi X. Per poter lavorare al meglio con queste sorgenti di luce e apprezzarne tutte le potenzialit\ue0 derivanti, sono necessari dei rivelatori d'immagine ottimizzati per tali radiazioni. Tra le principali caratteristiche che questi strumenti devono avere ci sono: high frame rates, very large dynamic range, single-photon counting capability with low probability of false positives, and megapixels detectors. Il progetto PERCIVAL \ue8 frutto di una collaborazione internazionale tra vari enti che ha l'obbiettivo di realizzare un rivelatore CMOS compatibile con queste sorgenti di luce. La realizzazione di un dispositivo di questo tipo richiede innumerevoli competente tecniche ed in particolare lo sviluppo di soluzioni tecnologiche all'avanguardia. In questa tesi viene descritto lo sviluppo di tale strumento mostrando i risultati ottenuti dai test su dei prototipi, l\u2019analisi di alcune caratteristiche del rivelatore con simulazioni TCAD, lo sviluppo di modelli numerici degli elementi fotosensibili e lo sviluppo dell'elettronica di controllo del sensore. In conclusione, verranno mostrate le primi immagine prese dal rivelatore finale.New generation Synchrotron radiation sources and Free Electron Lasers allow revolutionary science with EUV to X-ray photons; this research calls for innovative photon imaging detectors. Most urgent requirements include high frame rates, very large dynamic range, single-photon counting capability with low probability of false positives, and multi megapixels detectors. The PERCIVAL project is a worldwide collaboration between many facilities targeted at the development of CMOS based detectors compatible with these features. Every stage of the development, from the fabrication technology to the control electronics, requires extraordinary efforts and new technological approaches. This thesis documents experimental results (Low Noise, High Dynamic Range, Low Energy photon sensitivity, QE) using tests prototypes as well as TCAD simulations to better understand the physic of the single pixel. Two different models of the charge collection dynamic in such structures in order to avoid a very time consuming simulations. The development of the system hardware and the characteristics of the final system are provided too. Firsts images taken with visible light conclude this work

Sviluppo di un test pattern generator per il detector PERCIVAL

Per poter uttilizare a pieno le caratteristiche dei fasci di luce FEL bisogna poter disporre di rivelatori di tipo PIXEL con caratteristiche compatibili con tale radiazione incidente. Questa tesi svolta nell'ambito del progetto PERCIVAL mette in evidenza alcune delle problematiche che sono presenti nella realizzazione di questo dispositivo. In particolar modo viene fatto uno studio sull'integrità  di determinati segnali per la corretta funzionalizzazione del sensore a CMOS pixe

Percival : A soft x-ray imager for synchrotron rings and free electron lasers

In this paper, we are presenting the Percival detector, a monolithic CMOS Imager for detection of soft x-rays in Synchrotron Rings and Free Electron Lasers. The imager consists in a 2D array of many (2M) small (27um pitch) pixels, without dead or blind zones in the imaging area. The imager achieves low noise and high dynamic range by means of an adaptive-gain in-pixel circuitry, that has been validated on prototypes. The imager features on-chip Analogue-to-Digital conversion to 12+1 bits, and has a readout speed which is compatible with most of Free Electron Laser Facilities. For direct detection of low-energy x-rays, the imager is back-illuminated and post-processed to achieve 100% fill factor.

Characterization of the Percival detector with soft X-rays

In this paper the back-side-illuminated Percival 2-Megapixel (P2M) detector is presented, along with its characterization by means of optical and X-ray photons. For the first time, the response of the system to soft X-rays (250 eV to 1 keV) is presented. The main performance parameters of the first detector are measured, assessing the capabilities in terms of noise, dynamic range and single-photon discrimination capability. Present limitations and coming improvements are discussed