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21/12/2011
Fisica della Materia Soffice
• Che cosa e’ la “Materia Soffice” ?
– E’ un termine che si usa per quei materiali che non sono ne’ liquidi semplici
ne’ solidi cristallini.
– Molti di questi materiali sono di uso quotidiano:
schiume (birra, saponi…), emulsioni (maionese, creme…), sospensioni colloidali
(latte, vernici …)
– Altri sono importanti in processi industriali, ad esempio:
i cristalli liquidi dei display dei telefoni cellulari, dei PC e dei televisori.
21/12/2011
Fisica della Materia Soffice
Si usa una combinazione di effetti di birifrangenza e
di campo elettrico applicato
un display a cristalli liquidi
21/12/2011
Fisica della Materia Soffice
• Che cosa e’ la “Materia Soffice” ?
– E’ un termine che si usa per quei materiali che non sono ne’ liquidi semplici
ne’ solidi cristallini.
– Molti di questi materiali sono di uso quotidiano:
schiume (birra, saponi…), emulsioni (maionese, creme…), sospensioni colloidali
(latte, vernici …)
– Altri sono importanti in processi industriali, ad esempio:
i cristalli liquidi dei display dei telefoni cellulari, dei PC e dei televisori.
i polimeri che vengono utilizzati per realizzare le materie plastiche
21/12/2011
Fisica della Materia Soffice
Formazione di una struttura gommosa (gel forte),
a partire dal latttice di caucciù + carbon black +….
21/12/2011
Fisica della Materia Soffice
• Che cosa e’ la “Materia Soffice” ?
– E’ un termine che si usa per quei materiali che non sono ne’ liquidi semplici
ne’ solidi cristallini.
– Molti di questi materiali sono di uso quotidiano:
schiume (birra, saponi…), emulsioni (maionese, creme…), sospensioni colloidali
(latte, vernici …)
– Altri sono importanti in processi industriali, ad esempio:
i cristalli liquidi dei display dei telefoni cellulari, dei PC e dei televisori.
i polimeri che vengono utilizzati per realizzare le materie plastiche
– Gran parte del cibo che mangiamo si puo’ classificare come “materia soffice”
– I materiali biologici hanno le caratteristiche di risposta agli stimoli esterni tipici
della “materia soffice”.
– Noi stessi siamo delle “soft machines” e siamo fatti di “materia soffice”.
21/12/2011
Fisica della Materia Soffice
• Cosa hanno in comune materiali cosi diversi ?
– Scale di lunghezza intermedie tra le dimensioni atomiche e quelle
macroscopiche (da 10-100 nm a qualche micron)
Modelli “coarse grained”
Universalità (self avoiding random walk, reptazione percolazione, …..)
– Scala di energia di pochi kBT Importanza delle fluttuazioni (es moto
Browniano)
Sono sistemi in moto continuo e casuale
– Capacità della materia soffice di autoorganizzarsi
L’ equilibrio e’ determinato da un complesso bilancio tra energia ed entropia
Autoorganizzazione sia a livello di singole molecole che a livello sopramolecolare (micelle, …)
• Obiettivo della Fisica della Materia Soffice
– Descrivere le proprietà collettive (statiche e dinamiche) di questi sistemi
complessi in termini delle interazioni tra le loro componenti
12/05/2011
Fisica della Materia Soffice:
qualche esempio
Veicolazione di farmaci
Autoassemblaggio
e nanostrutture
21/12/2011
Fisica della Materia Soffice
nel nostro Dipartimento
• Biofisica molecolare
Strutture e dinamica di biomolecole,
Dinamica delle proteine,
Proteine fotofunzionali
• Struttura, dinamica e proprietà di trasporto di sistemi nanostrutturati:
Sistemi Macromolecolari Complessi ed Interfacce Soffici,
Fisica degli Alimenti e Gastronomia Molecolare
Elettronica Molecolare
21/12/2011
Struttura e dinamica di
biomolecole
• Cristiano Viappiani
• Stefania Abbruzzetti
• Collaborazioni
NEST Scuola Normale Superiore Pisa, Max Planck Institut Mülheim a.d. Ruhr, Università di
Barcellona, Antwerpen, Buenos Aires, Firenze, Roma, Verona….
• Dottorandi e Laureati degli ultimi anni:
C. Mandalari, A. Allegri, A. Tinozzi
21/12/2011
• Trasporto di ligandi
gassosi
• Proteine fotocromiche
Migrazione
ligandi in
emoproteine
Green Fluorescent Protein
Trasporto
ossigeno
Controllo luminescenza mediante fotoni
Struttura e dinamica di
biomolecole
21/12/2011
Proteine fotofunzionali
• Aba Losi
• Collaborazioni
Max Planck Institut Mülheim a.d. Ruhr (GER), Humboldt Universität
Berlin (GER), IBR, Rosario (ARG).
21/12/2011
• Fotoattivazione e
trasduzione del segnale
• Foto-controllo di funzioni
cellulari: optogenetica
A Blue-light activated cyclase
31/03/2011
Struttura e funzione di
proteine fotofunzionali
BioOFF-FluoON
BioON-FluoOFF
CyclaseBLUF
ATP cAMP
LearningMemory Gene expression
Plasticity of neurons
Cell growthDifferentiation
21/12/2011
Spettroscopie Laser
risolte nel tempo
Spettroscopia di singola molecola
Laser flash photolysis
Fotoacustica con Laser:
termodinamica risolta in
tempo
21/12/2011
Alberto Mazzini “Unfolding” e “refolding” di proteine
Maria Grazia Bridelli Interazioni macromolecole e solvente
Eugenia Polverini Tecniche computazionali per la simulazione di sistemi proteici
Struttura e dinamica di
biomolecole
21/12/2011
Interazioni
macromolecole-solvente
Struttura del
solvente attorno ad
una proteina
Schema di polimerizzazione e
aggregazione di melanina da
seppia
Spettrofotometro FTIR
Maria Grazia Bridelli
Alberto Mazzini
21/12/2011
• Denaturazione di proteine
mediante: agenti chimici,
temperatura, pH etc.
• Rinaturazione mediante ripristino
delle condizioni native
• Tecniche: Spettroscopie di
assorbimento ed emissione.
Dicroismo circolare.
• Analisi cinetica e termod. del
processo di unfolding/refolding
• COLLABORAZIONI: UNI TEXAS
SANT ANTONIO (USA)
Unfolding e refolding di proteine Alberto Mazzini
Maria Grazia Bridelli
21/12/2011
Tecniche computazionali per la
simulazione di sistemi proteici
• interazione proteina-
DNA
• interazione proteina-membrana
Eugenia Polverini
• blocco di canali ionici
da parte di tossine
• inibizione di enzimi
Accesso alla facility canadese di supercalcolo SharcNet Collaborazioni: Univ. di Guelph, Canada; Univ. di Toronto, Canada; Univ. di Oulu, Finlandia
Simulazioni di dinamica molecolare e docking molecolare
Proteina Basica della Mielina in doppio strato di DMPC/DMPS
21/12/2011
Il reattore nucleare dell’Istituto Laue-
Langevin a Grenoble
European Synchrotron Radiation Facility
Attività di ricerca presso grandi Infrastrutture Internazionali
Contributo Italiano:
@ESRF: GILDA, IXS (ID16)
@ILL: BRISP, IN13
@RAL: NIMROD, TOSCA, INES, VESUVIO
Nel futuro: X-ray Free Electron Lasers:
-Fermi@ELETTRA
-XFEL (Amburgo)
21/12/2011
Sistemi Macromolecolari Complessi
• Antonio Deriu
• Maria Teresa Di Bari
• Gianfranco Galli
Collaborazioni
Neutron Facilities: ILL (Grenoble), ISIS (UK), FRM II (Monaco), HZB (Berlino),
LLB (Saclay)
Istituto di Biologia Strutturale (CNRS-Grenoble)
Università di Milano, Roma “Tor Vergata”, Trento, ….
Dottorandi e Laureati degli ultimi anni
C. Chiapponi, Y. Gerelli, G. Mariani, D. Melfi, A. Scotti
Attività svolta sia presso i
laboratori di Parma, che
presso le grandi infrastrutture
21/12/2011
Un esempio:
Nanoparticelle per la
veicolazione di farmaci
Sistemi Macromolecolari Complessi
SANS SAXS
Cryo-TEM
Diffusione di farmaci:
21/12/2011
Sistemi Molecolari Complessi/
Interfacce Soffici
Collaborazioni esterne (con possibilità di tesi/ Erasmus):
– Cavendish Laboratory, Cambridge, UK
– Sincrotrone di Grenoble (ESRF): • Beamlines ID10A &B (esperimenti di diffrazione, riflettometria, fluorescenza e fotocorrelazione X)
• Linee di luce ID16 & ID28 (scattering anelastico di raggi X)
– Università di Trento, laboratorio Sistemi Disordinati:
• spettroscopia Raman e Brillouin
Collaborazioni @PR: IMEM (Salviati), Chimica (Dalcanale), Fisica (Cassi/Burioni) …
Dottorandi e Laureati degli ultimi anni:
P. Camorani, D. Orsi, A. Romeo, V. Chiesi, M. Parmigiani,A. Kovtun …
Luigi Cristofolini Giacomo Baldi Paolo Camorani
21/12/2011
• vetri
I materiali amorfi non posseggono
l’ordine traslazionale a lungo raggio
caratteristico dei cristalli
Problematiche aperte:
• Transizione vetrosa
• Dinamica vibrazionale
(100 GHz -1THz)
• Eterogeneità dinamiche
Applicazioni: dalla medicina
all’elettronica molecolare.
Problematiche di base aperte:
Transizione di arresto dinamico
Sistemi Molecolari Complessi/
Interfacce Soffici
• Strati Interfacciali: Esempio: film di Langmuir
Altro esempio: materiali fotosensibili
(polimeri azobenzenici)
Sistemi Molecolari Complessi/
Fisica degli Alimenti
• Esempio: shelf life del cioccolato (ageing della materia soffice)
21/12/2011
In collaborazione con il Laboratorio Regionale SITEIA e con la
Facoltà di Agraria
21/12/2011
Fisica Gastronomica
e Cucina Molecolare
Davide Cassi
Manuela Ferrari
Michele Bellingeri
12/05/2011
Fisica degli Alimenti
e Cucina Molecolare
Studio delle proprietà della materia soffice alimentare
Elaborazione di nuove tecniche di trasformazione degli alimenti
Creazione di nuovi prodotti industriali e gastronomici
21/12/2011
Fisica Gastronomica
e Cucina Molecolare
Collaborazioni esterne
Fundación Alicia – El Bulli (Spagna)
Universidad de Valencia (Spagna)
INRA (Francia)
Asociacion argentina de gastronomia molecular
Collaborazioni con aziende Barilla, Campari, Coind, Domori, Parmacotto, Socalbe, Parmareggio, Unox,
Oikos Fragrances
Collaborazioni con chef: Ferran Adria, Heston Blumenthal, Andoni Luis Aduriz, Martin Berasategui, Joan Mari
Arzak, Pedro Subijana, Pierre Hermé, Carlo Cracco, Massimiliano Alajmo, Fulvio
Pierangelini, Moreno Cedroni, Massimo Bottura, Davide Scabin, Corrado Assenza
Possibilità di impiego nel settore ricerca e sviluppo di aziende
legate alla produzione alimentare
21/12/2011
Elettronica molecolare
• Victor Erokhin
• Tatiana Berzina
Dottorandi e Laureati degli ultimi anni:
A. Smerieri, G.L. Rago, L. Benassi, V. Allodi
21/12/2011
Elettronica molecolare
• Memristor Polymerico • Reti statistiche adattive
Cosa è
Materiali Materiali
Cosa è
21/12/2011
Elettronica molecolare
Esperimenti proposti a ESRF (Grenoble):
una settimana di misure all’estero
Esperimenti di rete statistiche a Parma
PANIS
PEOG
PANID
PEO