SIMULAZIONE MOLECOLARE MULTISCALA DI SISTEMI NANOSTRUTTURATI NANOPARTICELLE E NANOCANALI Scuola di...

SIMULAZIONE MOLECOLARE MULTISCALA DI SIMULAZIONE MOLECOLARE MULTISCALA DI

SISTEMI NANOSTRUTTURATISISTEMI NANOSTRUTTURATI

NANOPARTICELLE E NANOCANALINANOPARTICELLE E NANOCANALI

Scuola di Dottorato in Nanotecnologie- XXII Ciclo

Paola Posocco

Molecular Simulation Engineering (MOSE) Laboratory (DICAMP)

Tutore prof. M. Fermeglia

Miniforum Dottorandi DICAMP – 29 gennaio 2007

SIMULAZIONE MULTISCALASIMULAZIONE MULTISCALA

MeccanicaQuantistica(elettroni)

Meccanicamolecolar

e(atomi)

Modellazionedi

mesoscala(insiemi di

atomi o molecole)

Simulazione di

processo

FEM

Engineering design

1Å

LUNGHEZZE CARATTERISTICHE

1nm 1μm 1mm 1m

anni

ore

minuti

secondi

microsecondi

nanosecondi

picosecondi

femtosecondi

Simulazione molecolare multiscala di sistemi nanostrutturati Scuola di dottorato in Nanotcnologie – XXII ciclo

29 gennaio 2007 Paola Posocco

MeccanicaQuantistica(elettroni)

Meccanicamolecolar

e(atomi)

Modellazionedi

mesoscala(insiemi di

atomi o molecole)

Simulazione di

processo

FEM

Engineering design

1Å

TEMPI CARATTERISTICI

1nm 1μm 1mm 1m

anni

ore

minuti

secondi

microsecondi

nanosecondi

picosecondi

femtosecondi

MODELLAZIONE QUANTOMECCANICAMODELLAZIONE QUANTOMECCANICA

MODELLAZIONE MODELLAZIONE ATOMISTICAATOMISTICA

MODELLAZIONE DI MODELLAZIONE DI MESOSCALAMESOSCALA

MODELLAZIONE AGLI ELEMENTI MODELLAZIONE AGLI ELEMENTI FINITIFINITI

Reattività chimica, proprietà ottiche, elettroniche e magnetiche

Energia di interazioneAnalisi conformazionaleFenomeni di adsorbimentoEnergia di coesioneParametri di interazione

MorfologiaMiscibilità o compatibilitàFenomeni di diffusione

Proprietà meccanicheConducibilità elettrica e termicaPermeabilità a liquidi e gas

Stabilità strutturaleTensione superficialeFenomeni di aggregazione e coagulazione



OBIETTIVIOBIETTIVI

Applicazione dell’approccio multiscalaApplicazione dell’approccio multiscalaa sistemi nanostrutturati di natura differentea sistemi nanostrutturati di natura differente

1. Sviluppo di un modello virtuale per la rappresentazione di sistemi compositi nanostrutturati sia a livello atomistico che di mesoscala, come agli elementi finiti

2. Correlazione tra le proprietà delle nanoparticelle (natura, dimensioni, composizione, forma e frazione volumetrica) o dei nanocanali e le proprietà macroscopiche finali

3. Elaborazione di una procedura multiscala che risponda al target desiderato

SCIENZA DEI MATERIALI SCIENZE FARMACEUTICHE E BIOLOGICHE



NANOCOMPOSITI POLIMERICINANOCOMPOSITI POLIMERICI

In collaborazione con J. G. E. M. H. Fraije, Soft Condensed Matter Group, Leiden Institute of Chemistry, Leiden University, Netherland

Silicato lamellareSilicato lamellare

Matrice Matrice polimericapolimerica

Compatibilizzante Compatibilizzante organicoorganico



Utilizzo di uno medesimo modello teorico per tutte le componenti di un sistema

complesso può essere un limite

Si combinano all’interno di una stessa simulazione modelli sviluppati per

studiare differenti lenght scales e differenti tipi di strutture

METODI IBRIDIMETODI IBRIDI

LED (LIGHT EMITTING DIODE)LED (LIGHT EMITTING DIODE)

Estrazione della luce da LED

L’applicazione di coating trasparenti ad elevato indice di rifrazione e trasmittanza sulla sorgente luminosa consente di ottenere la massima efficienza nella produzione di luce da SSLS.

Resine polimeriche (acrilati organici) caricate con nanoparticelle metalliche

L’indice di rifrazione di un materiale nanocomposito può essere modificato variando la natura, la dimensione (1-10 nm) e la concentrazione delle nanoparticelle in esso disperse.

aria

sottostrato

semiconduttorestrato attivostrato attivo

resinaresina

VI FRAMEWORK PROGRAMME

1

MUL TIPR

Pochi polimeri possiedono IR nel visibile ≥1,5 e una buona stabilità termica e chimica

DESIGN DI MATERIALI ORGANICI NANOCARICATI

MULTIFUNZIONALI



Modello diffusionale

RILASCIO DI PROTEINERILASCIO DI PROTEINE

• Il trasporto e le interazioni superficiali di biomacromolecole (proteine)biomacromolecole (proteine) in membrane nanoporose giocano un ruolo chiave in numerosi processi di importanza tecnologica

• La natura e il range delle interazioni è influenzato dalle caratteristiche della molecola, della superficie e del mezzo solvente

STRATEGIA



Sviluppo di una metodologia ab initio, che consenta di prevedere la diffusione in

nanocanali in tempi brevi e senza la necessità di costosi

studi sperimentali

Derivazione parametri molecolari

In collaborazione con M. Ferrari, The University of Texas M. D. Anderson Cancer Center, Houston, USA

Dinamica molecolare

Modello molecolare

DENDRIMERIDENDRIMERI

AtomiPiccole molecole

Macromolecole biologiche Self-assembling organizations Cellule

10-510-610-710-810-910-1010-1110-12

O2

H2O

ON

S

Enzimi

ProteineDNA Virus

AnticorpiPolimeri sintetici

Batteri

Sangue

Emoglobina

Micelle

Dendrimeri

Microscopico

Mesoscopico Macroscopico

• Macromolecole altamente ordinate, di elevato grado di ramificazione interna, riconosciute come una singolare classe di nanostrutture sintetiche



• Dimensione, peso molecolare, architettura molecolare, struttura chimica interna e superficiale manipolabili con precisione → controllo della biocompatibilitàbiocompatibilità e della farmaco-cineticafarmaco-cinetica

DRUG DELIVERY BIOMIMETICAAPPLICAZIONI BIOMEDICHEIn collaborazione con M. Ferrari, The University of Texas M. D. Anderson Cancer Center, Houston, USA

SIMULAZIONE MOLECOLARE MULTISCALA DI SISTEMI NANOSTRUTTURATI NANOPARTICELLE E NANOCANALI Scuola di...

Documents

Transcript of SIMULAZIONE MOLECOLARE MULTISCALA DI SISTEMI NANOSTRUTTURATI NANOPARTICELLE E NANOCANALI Scuola di...