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) in collaborazione con il prof. G. Esposito (New York University at Abu Dhabi, UAE).

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. Le tematiche di ricerca attualmente studiate da Paolo Giannozzi e collaboratori con tecniche da principi primi riguardano eterostrutture bidimensionali o quasi-2D, in particolare 1) catalisi in molecole biomimetiche depositate su grafene, 2) trasporto quantistico.

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 ha 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 (sotto la guida del prof. G. Esposito) 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. Sono stati anche sviluppati programmi specifici per il calcolo delle entropie conformazionali (PDB2ENTROPY), rotazionali/traslazionali (PDB2TRENT) e per calcoli di elettrostatica in biosistemi in soluzione (BLUUES).

Simulazioni ed esperimenti vengono applicate a diversi sistemi biologici che includono proteine, farmaci e nanoparticelle.

Linee di ricerca

  • Nuovi sviluppi, validazione e porting all'exascale di software scientifico per calcoli da principi primi
  • Nuovi catalizzatori ottenuti per deposizione su grafene e auto-organizzazione di molecole biomimetiche
  • Trasporto quantistico con non-equilibrium Green's function con interazione elettrone-fonone da principi primi
  • Calcoli di energia libera da simulazioni
  • Elettrostatica biomolecolare
  • Risonanza Magnetica Nucleare biomolecolare, termodinamica e dinamica locale e globale
  • Biocatalisi in deep eutectic solvents

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

Federico FOGOLARI
Paolo GIANNOZZI
SAIDA SAAD MOHAMED MAHMOUD
OZGE OZKILINC
Miguel Angel SOLER BASTIDA