S P A I S  2006
This presentation is the property of its rightful owner.
Sponsored Links
1 / 46

Dal Bio al Nano PowerPoint PPT Presentation


  • 72 Views
  • Uploaded on
  • Presentation posted in: General

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 [email protected]

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.While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server.


- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - E N D - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -

Presentation Transcript


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

[email protected]


Dal bio al nano

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’


Dal bio al nano

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.


Dal bio al nano

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


Dal bio al nano

Mattoni molecolari

  • dimensioni appropriate

  • self-assembly programmabile

  • funzionalizzazione specifica


Dal bio al nano

0D

LEGO Chemistry

1D

2D

3D


Dal bio al nano

Dendrimeri

Hyperbranched

Molecules


Dal bio al nano

Mattoni molecolari funzionalizzati


Dal bio al nano

Self-assembly e organizzazione molecolare

Le interazioni…..


Dal bio al nano

…e l’organizzazione strutturale


Dal bio al nano

Self-assembly elettrostatico

Nanofibre peptidiche

Layer-by-layer assembly


Dal bio al nano

Self-Assembly chimico

Poligoni chirali


Dal bio al nano

Self-assembly idrofobico

Collasso idrofobico

Assembly nanotubi-polimeri

‘muscolo artificiale’


Dal bio al nano

a scuola dal bio......

Assembly DNA-proteine

Nanotubi peptidici


Dal bio al nano

Riconoscimento Molecolare

Il campo da gioco delle interazioni deboli


Dal bio al nano

Una chiave, una serratura

Proteina - RNA

DNA cromosomiale


Dal bio al nano

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


Dal bio al nano

Proteina incapsulata in matrice inorganica (SiO2) sol-gel

Nanotubi di carbonio rivestiti di DNA


Dal bio al nano

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


Dal bio al nano

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


Dal bio al nano

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


Dal bio al nano

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)


Dal bio al nano

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.


Dal bio al nano

Coniugati quantum dots-biomolecole

Single molecule detection


Dal bio al nano

Nanoparticelle per la diagnostica medica


Dal bio al nano

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


Dal bio al nano

Monostrati molecolari auto-assemblati su superfici

(SAM = Self-Assembled Monolayers)

Arrays di proteine


Dal bio al nano

DNA in SAM di tioalcani


Dal bio al nano

sensing molecules


Dal bio al nano

Stampi biologici: templati di DNA

DNA array

DNA-proteina


Dal bio al nano

d

b

a

Controllare stechiometria e architettura

c

a

d

b

c

a’

c’

d’

b’


Dal bio al nano

Nanopori

Ion

channel

proteins


Dal bio al nano

Sequencing DNAbysqueezing it into a 2.5 nm pore

DNA-Au su superfici nanoporose

Riconoscimento e separazione di strand di acidi nucleici


Dal bio al nano

Nanopori di proteine


Dal bio al nano

Nanocapsule


Dal bio al nano

Peptide-Au nanoparticles

Un esempio di self-assembly controllato!


Dal bio al nano

Rilascio controllato di farmaci

Ricostruzione di ossa e tessuti


Dal bio al nano

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.


Dal bio al nano

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

Radiolaria

Diatomea


Dal bio al nano

Bio-nanoreattori


Dal bio al nano

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


Dal bio al nano

Four-helix bundle


Dal bio al nano

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


Dal bio al nano

Au

Misure di generazione di fotocorrente


Dal bio al nano

DOMANDA:

CHE DIFFERENZA C’E’ TRA UN ATOMO E UNA MOLECOLA?

RISPOSTA (TRE PAROLE):

il legame chimico


  • Login