Un gruppo di fisici del Centro di Ricerca S3 (Nanostructures and Biosystems at Surfaces) del CNR-INFM – Istituto Nazionale per la Fisica della Materia di Modena, coordinati da Paolo Facci, primo ricercatore CNR, ha messo a punto il primo modello di nano-bio-transistor basato su singola proteina, nella fattispecie l’azurina, in ambiente liquido.
È un risultato che può avere notevoli riflessi in campo tecnologico.
L’azurina, come le altre molecole che rientrano nelle famiglia delle metallo-proteine a rame blu, quali ad esempio amicianina e plastocianina, è caratterizzata dalla funzione di “electron-transfer”, trasferimento di elettroni attraverso le molecole. In natura questo processo si rivela di fondamentale importanza in funzioni vitali quali la respirazione, la fotosintesi e varie reazioni enizmatiche.
Perché allora non provare a trasferire lo stesso meccanismo, quello che permette a un organismo di vivere, nell’elaborazione dell’informazione digitale? È questa l’intuizione da cui si è mosso il team di ricerca coordinato da Paolo Facci, che è così riuscito a mettere a punto l’innovativo bio-transistor.
L’azurina è stata posta in posizione strategica tra due elettrodi in oro spaziati di pochi nanometri, che agiscono rispettivamente da sorgente e pozzo del transistor. Un terzo elettrodo, che agisce da gate, permette all’azurina, posta al centro, di far fluire la corrente. L’intero processo si svolge in ambiente liquido, e in questo sta la vera novità dello studio: per la prima volta viene messo a punto un nano-bio-transistor in queste condizioni.
Si può pensare che il nano-bio-transistor basato su singola proteina possa trovare utilizzo e avere grande funzionalità in diverse situazioni che prevedono ambienti acquosi: nell’interfacciamento di matrici di microelettrodi/dispositivi elettronici con sistemi biologici quali neuroni (brain-machine hybrid interface), nell’ elettronica molecolare verde (in ambiente acquoso), nei nanosensori ad altissima sensibilità e risoluzione spaziale.
Il risultato descritto si inserisce nel più generale filone di ricerca portato avanti al “nanobiolab” guidato dal Dr. Facci: quello della nanoelettronica molecolare ispirata alla biologia. In tale ambito rientrano studi finalizzati all’utilizzo di molecole di origine biologica (metalloproteine, come l’azurina o il citocromo c, ma anche molecole di DNA e polipeptidi) per realizzare dispositivi ibridi (bio-inorganici) a singola molecola. Tale attività sfrutta le caratteristiche specifiche di queste biomolecole quanto a funzionalità o a capacità di auto-organizzarsi in edifici molecolari complessi (fino a vere e proprie reti di circuiti) a partire da singole componenti elementari.
Utilizzando molecole di DNA progettate a tavolino e realizzate sinteticamente, è possibile creare delle vere e proprie reti di nanocircuiti ciascuno formato da una singola molecola di DNA usata come stampo per la crescita di fili conduttori ed elementi circuitali nanometrici. Tale approccio sfrutta appieno le caratteristiche di DNA e polipeptidi per organizzare delle strutture molecolari complesse tramite l’auto-organizzazione delle molecole progettate che vanno a disporsi nelle corrette posizioni di una matrice di nanoelettrodi definita litograficamente, dando luogo alle funzionalità desiderate sotto forma di nanocircuiti interagenti.
L’incontro del mondo della biologia con quello della tecnologia odierna, specialmente microelettronica, ispira anche l’attività più recentemente iniziata presso il “nanobiolab” del Centro S3. Questa si può riassumere come l’interfacciamento di sistemi viventi con il mondo dell’informazione al fine di modulare la funzionalità di sistemi biologici tramite segnali di tipo elettrico. Le possibili ricadute di una tecnologia che sia in grado di far dialogare sistemi inorganici e sistemi viventi ha potenzialità incredibili in ambito di elaborazione dell’informazione ma anche, e specialmente, per quanto riguarda l’ambito biomedicale (ad esempio brain-machine hybrid interface, modulazione elettrica di percorsi metabolici) e farmacologico (drug release, drug tailoring).
ente
Centro di Ricerca S3 di Modena
Istituto Nazionale di Fisica della Materia
S3 Research Center, Modena, Italy,
National Institute of Material Physics
contatto
Paolo Facci
e mail: facci.paolo@unimo.it
tel/phone: +39059 2055654
Fonte: italianapplications.com