Struttura, dinamica e termodinamica di sistemi nanostrutturati e biofisici

Cluster di dipartimento

  • Fisica teorica

Descrizione

Il Gruppo di Ricerca in “Struttura, dinamica e termodinamica di sistemi nanostrutturati e biofisici” e` attivo sia nel campo della simulazione teorica-computazionale che nel campo delle tecniche sperimentali, in particolare la Risonanza Magnetica Nucleare (NMR).

L’attivita’ di simulazione numerica del gruppo copre un ampio spettro di scale di tempi, dimensioni e livelli di teoria e di accuratezza. Le simulazioni da principi primi basate sulla teoria del funzionale densita’ (come la dinamica molecolare Car-Parrinello) sono le piu’ accurate e le piu’ esigenti in termini di risorse computazionali. In questo campo, PG e’ attivo nello sviluppo di nuove metodologie e del relativo software, in particolare della distribuzione open-source Quantum ESPRESSO, usato da molti gruppi in tutto il mondo, di cui coordina lo sviluppo, in collaborazione con il progetto europeo MaX. Sistemi studiati da PG in lavori recenti includono: eterostrutture organico-inorganico per dispositivi e applicazioni fotovoltaiche; aggregazione di modelli di catene di peptidi dovuta a ioni metallici; proprieta' catalitiche e assorbimento di gas su grafene e nanotubi di carbonio.

Le simulazioni di biomolecole con campi di forza classici forniscono informazioni a livello atomico sulla dinamica molecolare e sulle differenze di energia libera nei cambi conformazionali e nelle interazioni biomolecolari. Il gruppo di Biofisica (FF, GE e AC) hanno sviluppato metodi per i calcoli di elettrostatica e per i calcoli di energia libera da simulazioni. Sul versante sperimentale la spettroscopia NMR permette di dettagliare a livello atomico struttura, interazioni e cinetica dei processi biomolecolari. Il gruppo ha sviluppato un esperimento (BLUU-Tramp) in cui lo scambio idrogeno-deuterio viene monitorato in funzione di tempo e temperatura. Il passaggio del tempo e' accoppiato all'aumento di temperatura. In questo modo e' possibile ottenere in una singola sessione l'informazione che richiederebbe settimane o mesi con esperimenti di scambio tradizionali.

Simulazioni ed esperimenti vengono applicate alla comprensione delle basi molecolari della amilodogenesi, e alle interazioni di proteine amiloidogene con farmaci e nanoparticelle

Linee di ricerca

  • Validazione di calcoli da principi primi
  • Nuovi algoritmi, calcolo parallelo, ingegneria del software per calcoli da principi primi
  • Applicazione alla spettroscopia di livelli profondi (core level shifts)
  • Calcoli di energia libera da simulazioni
  • Elettrostatica biomolecolare
  • Risonanza Magnetica Nucleare biomolecolare, termodinamica e dinamica locale e globale di protein amiloidogeniche, interazioni biomolecola-nanoparticelle

Settori ERC

  • PE3_1 Structure of solids, material growth and characterisation
  • PE3_16 Physics of biological systems
  • PE4_11 Physical chemistry of biological systems

Etichette libere

  • Teoria del Funzionale densita'
  • Dinamica Molecolare NMR Energia libera

Componenti

GENNARO ESPOSITO
Incaricato esterno di insegnamento
Alessandra CORAZZA
Federico FOGOLARI
Paolo GIANNOZZI