1 / 46

Dal Bio al Nano

S P A I S  2006 Quali conoscenze di base per comprendere l’innovazione?. Dal Bio al Nano. Nanostrutture ispirate al mondo biologico. Mariano Venanzi Bio-NAST Laboratory Università di Roma Tor Vergata venanzi@uniroma2.it.

shiri
Download Presentation

Dal Bio al Nano

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. S P A I S  2006 Quali conoscenze di base per comprendere l’innovazione? Dal Bio al Nano Nanostrutture ispirate al mondo biologico Mariano Venanzi Bio-NAST Laboratory Università di Roma Tor Vergata venanzi@uniroma2.it

  2. Mimicking the capability of biological systems to convert and transduce energy, synthesise specialist organic chemistry, create biomass, store information, recognise sense, signal, move, self-assemble and reproduce represents a significant challenge for the future. Christopher R. Lowe In ‘Nanobiotechnology: the fabrication and application of chemical and biological nanostructures’

  3. CHIMICA Scienza dei materiali Biologia Chimica supramolecolare Biotecnologie Micro- e nanotecnologie Sensoristica Catalisi Bioelettronica Nanomedicina Bio-inspired Materials Concetti, meccanismi, funzioni e strutture biologiche guidano la progettazione di nuovi materiali e dispositivi.

  4. nanoclusters 0.1nm 1nm 10nm 100nm 1m 10 m biomolecole bottom-up Sintesi organica Self-assembly Su e giù per la scala delle dimensioni top-down Fotolitografia Microstampaggio

  5. Mattoni molecolari • dimensioni appropriate • self-assembly programmabile • funzionalizzazione specifica

  6. 0D LEGO Chemistry 1D 2D 3D

  7. Dendrimeri Hyperbranched Molecules

  8. Mattoni molecolari funzionalizzati

  9. Self-assembly e organizzazione molecolare Le interazioni…..

  10. …e l’organizzazione strutturale

  11. Self-assembly elettrostatico Nanofibre peptidiche Layer-by-layer assembly

  12. Self-Assembly chimico Poligoni chirali

  13. Self-assembly idrofobico Collasso idrofobico Assembly nanotubi-polimeri ‘muscolo artificiale’

  14. a scuola dal bio...... Assembly DNA-proteine Nanotubi peptidici

  15. Riconoscimento Molecolare Il campo da gioco delle interazioni deboli

  16. Una chiave, una serratura Proteina - RNA DNA cromosomiale

  17. Materiali bio-ibridi Integrazione di biomolecole e materiale inorganico ‘controllo delle interazioni e manipolazione’ • superfici biocompatibili • - nanomedicina • biosensoristica • - riconoscimento molecolare • binding specifico e selettivo • bioelettronica • - integrazione di biomolecole su microchips • - nanopatterning: deposizione ordinata di biomolecole

  18. Proteina incapsulata in matrice inorganica (SiO2) sol-gel Nanotubi di carbonio rivestiti di DNA

  19. Nanoparticelle e biomolecole Np linker biomolecola HS-Cys H2N-Lys STV/Biotina HS-(CH2)n- HOOC-Glu- Proteine DNA, acidi nucleici Immunoglobuline Peptidi Au, Ag CdS CdSe SnO2, TiO2 GaAs, InP Lo strato biomolecolare stabilizza le nanoparticelle prevenendone l’aggregazione

  20. Nanoparticelle di oro (60 nm) funzionalizzate per rivelazione di zuccheri e imaging molecolare per fluorescenza

  21. Coupling di nanoparticelle per mezzo di biomolecole Strategie basate sulla specificità del riconoscimento di biomolecole Ex. STV/biotina K=1014 dm3mol-1 A Ex. Ig/apteni B Ex. peptide/GaAs C

  22. linker T-reversibile 3D-network Aggregati DNA-nanoparticelle • specificità delle interazioni tra coppie di basi complementari • sintesi automatizzata di strand di DNA • replicazione fino a quantità macroscopiche (PCR)

  23. Le Np di Cu2O sono rivestite di una shell proteica, che ne assicura la stabilità (Kd=1.2x10–8 M). La proteina ha una elevata capacità di legarsi a molecole di DNA (DNA binding protein), creando in questo modo una struttura circolare di Np inglobate nel DNA ciclico.

  24. Coniugati quantum dots-biomolecole Single molecule detection

  25. Nanoparticelle per la diagnostica medica

  26. Imaging di cellule tumorali Cellule tumorali del cervello prima (sinistra e dopo (destra) l’inserzione di nanoparticelle magnetiche (Jordan, Hospital Charite, Berlin) Np penetrano selettivamente la membrana cellulare di cellule cancerogene

  27. Monostrati molecolari auto-assemblati su superfici (SAM = Self-Assembled Monolayers) Arrays di proteine

  28. DNA in SAM di tioalcani

  29. sensing molecules

  30. Stampi biologici: templati di DNA DNA array DNA-proteina

  31. d b a Controllare stechiometria e architettura c a d b c a’ c’ d’ b’

  32. Nanopori Ion channel proteins

  33. Sequencing DNAbysqueezing it into a 2.5 nm pore DNA-Au su superfici nanoporose Riconoscimento e separazione di strand di acidi nucleici

  34. Nanopori di proteine

  35. Nanocapsule

  36. Peptide-Au nanoparticles Un esempio di self-assembly controllato!

  37. Rilascio controllato di farmaci Ricostruzione di ossa e tessuti

  38. Biomineralizzazione struttura, forma e crescita di biominerali Templati organici: stampi macromolecolari, membrane lipidiche, pareti cellulari Integrazione Biocompatibilità Proteine e peptidi controllano la nucleazione e la crescita di biominerali, determinandone morfologia e chiralità.

  39. Compositi di polisaccaridi e polipeptidi costituiscono la matrice su cui si innesta la crescita dell’acido silicico Radiolaria Diatomea

  40. Bio-nanoreattori

  41. Ferritina: una proteina composta di 24 sub-unità assemblate in maniera da formare una cavità centrale di 6 nm di diametro dove ospitare la crescita di nanoparticelle

  42. Four-helix bundle

  43. S Au S Aib-Aib-Aib-Aib-Trp-Aib-OtBu O S Au Pubblicità (dal Bio-NAST Lab) Proprietà fotoconduttive di monostrati peptidici autoassemblati su oro 100nmx100nm

  44. Au Misure di generazione di fotocorrente

  45. DOMANDA: CHE DIFFERENZA C’E’ TRA UN ATOMO E UNA MOLECOLA? RISPOSTA (TRE PAROLE): il legame chimico

More Related