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
Simulazione molecolare multiscala di sistemi nanostrutturati Scuola di dottorato in Nanotcnologie – XXII ciclo
29 gennaio 2007 Paola Posocco
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
Simulazione molecolare multiscala di sistemi nanostrutturati Scuola di dottorato in Nanotcnologie – XXII ciclo
29 gennaio 2007 Paola Posocco
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
Simulazione molecolare multiscala di sistemi nanostrutturati Scuola di dottorato in Nanotcnologie – XXII ciclo
29 gennaio 2007 Paola Posocco
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
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29 gennaio 2007 Paola Posocco
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
Simulazione molecolare multiscala di sistemi nanostrutturati Scuola di dottorato in Nanotcnologie – XXII ciclo
29 gennaio 2007 Paola Posocco
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
Simulazione molecolare multiscala di sistemi nanostrutturati Scuola di dottorato in Nanotcnologie – XXII ciclo
29 gennaio 2007 Paola Posocco
• 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
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