Modelli e metodi per lo studio degli aspetti chimico-fisici di sistemi complessi di interesse biochimico e tecnologico

Il progetto di ricerca affronterà, con approcci teorici e sperimentali, lo studio di alcuni sistemi complessi di interesse tecnologico (derivati del grafene, adsorbimento di CO su metalli) e biochimico (soluzioni di proteine e osmoprotettori). Con moderne tecniche computazionali verranno studiati sia gli aspetti energetici sia quelli dinamici, con tecniche di diffrazione RX a T<30K si faranno determinazioni accurate di densità elettronica e con tecniche calorimetriche si determineranno i parametri termodinamici delle soluzioni. (a) Derivati del grafene. Nel contesto delle nanotecnologie, la recente sintesi del grafene ha dato il via a una vera rivoluzione nella scienza dei materiali. Poiché in questo caso la superficie è il materiale stesso si apre la possibilità interessante di modificarne le proprietà tramite semplice adsorbimento di atomi. Verrà continuato il lavoro intrapreso sull'utilizzo di atomi H come strumenti per ingegnerizzare texture magnetiche e gap di banda. Con metodi ab-initio si studierà l'energetica di questi sistemi e, da grandezze quali la densità degli stati, la densità elettronica e di spin, si ricaveranno informazioni sulla natura dei legami e sulle proprietà del grafene così modificato. (b) Adsorbimento di CO su metalli. Nell'ambito delle applicazioni tecnologiche, il monossido di carbonio rappresenta un vero e proprio "guastatore" per la sua elevata affinità alle superfici metalliche. Verranno sviluppati modelli di potenziale di interazione in grado di descrivere il complesso processo di adsorbimento di più molecole di ossido di carbonio su una superficie metallica, ad es. Cu(100). Utilizzando poi metodi semiclassici, includenti effetti quanto-meccanici, verranno simulati gli spettri vibrazionali e, dal confronto con risultati sperimentali, si otterranno informazioni sulle “interazioni laterali” CO-CO. (c) Azione degli osmoprotettori. Gli osmoprotettori sono delle molecole organiche che proteggono le proteine da eventuali stress ambientali potenzialmente denaturanti. Il meccanismo di protezione non è ancora del tutto chiaro. Le simulazioni di dinamica molecolare sono un valido aiuto per studiare il network delle interazioni che si instaurano in un sistema a tre componenti (acqua, osmoprotettore e proteina) e permettono di determinare la relativa stabilità della struttura denaturata rispetto a quella nativa. I risultati computazionali saranno confrontati con dati sperimentali ottenuti mediante micro- e nano-calorimetria (DSC e ITC) e termogravimetria, che verranno elaborati in base a modelli termodinamici e statistici per valutare coefficienti di esclusione e parametri che evidenziano la struttura dell’acqua e le interazioni degli osmoprotettori con la proteina.