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CHIMICA/ Come imparare dalla natura a costruire i motori molecolari

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Modello computazionale ibrido del pigmento visivo rodopsina  Modello computazionale ibrido del pigmento visivo rodopsina

Naturalmente i risultati prodotti da queste simulazioni devono poi essere verificati confrontandoli con dati sperimentali diretti per giustificare l’accuratezza del nostro modello. Ci sono poi i vari aspetti tecnici collegati con questo tipo di ricerca, che richiede di sviluppare degli strumenti software adeguati per poter studiare questi movimenti in molecole molto grandi: ciò richiede l’applicazione dei metodi della chimica quantistiche che però computazionalmente è molto costosa, necessita l’uso di calcolatori molto potenti e a volte anche con questi non è possibile studiare un’intera proteina. Allora dobbiamo intervenire accoppiando a quelli quantistici metodi più elementari, che sono quelli della meccanica molecolare.

 

Fin qui l’aspetto più strettamente conoscitivo: e le applicazioni?

La parte applicativa della ricerca ed è quella più squisitamente chimica: una volta capito come questi sistemi naturali riescono a utilizzare energia luminosa, andiamo in laboratorio e usiamo i principi che abbiamo imparato guardando la natura per sintetizzare molecole, magari più semplici ma altrettanto efficaci. In questo caso ci siamo concentrati sulla possibilità di indurre moto rotatorio in molecole organiche molto piccole.

 

Perché moto rotatoro?

Perché queste molecole sarebbero in grado, secondo la nostra progettazione, di impiegare l’energia luminosa come se fosse un carburante per poi far ruotare in modo continuo una loro parte. Andiamo quindi verso la progettazione di quelle che noi chiamiamo motori molecolari biomimetici: biomimetici perché imitano il comportamento della natura.

 

A cosa potrebbero servire?

Si parla tanto di nanotecnologie, però il 90% di quelle che oggi conosciamo è basato su strutture statiche, dove non ci sono movimenti continui. Allora c’è bisogno di inserire nei nuovi nanomateriali delle molecole che in qualche modo ne cambino le proprietà immettendo dell’energia. I nostri motori molecolari sono dispositivi adatti a questo scopo: prendono la luce, la trasformano in un moto molecolare sostanzialmente continuo e tale moto viene accoppiato al cambiamento di proprietà del materiale in cui si trova: ad esempio il materiale può cambiare la sua densità o può rispondere elettricamente o può spostarsi su una superficie. Sono tutte applicazioni che potranno venire prossimamente e noi ci siamo concentrati sulla progettazione e sintesi in laboratorio del dispositivo molecolare stesso, cioè del motore, senza averlo ancora montato sul materiale che potrebbe sfruttarlo.

 

La ricerca è condotta in collaborazione con il Centro di Scienze Fotochimiche di un’università americana in Ohio: come si sviluppa la collaborazione?

I due laboratori svolgono una ricerca complementare e c’è un continuo interscambio A Siena ci occupiamo di una parte della progettazione dei dispositivi molecolari e abbiamo sviluppato molto anche la parte della sintesi organica, le simulazioni al calcolatore vengono fatte in parte a Siena e principalmente in Ohio, dove viene fatta la progettazione.



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