Descrizione della commessa "Materia soffice: Self Assembly, Clustering, Arresto Strutturale (MD.P02.015)"

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  • Descrizione della commessa "Materia soffice: Self Assembly, Clustering, Arresto Strutturale (MD.P02.015)" (literal)
Strumentazione
  • - utilizzo delle facilities europee per scattering di neutroni e raggi X - scattering statico e dinamico della luce - calorimetria DSC - dielettrico (su 10 decadi di frequenza) - clusters di processori per calcolo parallelo (literal)
  • - clusters di processori per calcolo parallelo - clusters di schede grafiche - utilizzo delle facilities europee per scattering di neutroni e raggi X - scattering statico e dinamico della luce - calorimetria DSC - dielettrico (su 10 decadi di frequenza) (literal)
Tematiche di ricerca
  • - Individuazione degli elementi unificanti nei processi di formazione di aggregati di dimensione finita. -Processi di self-assembly in materiali soffici e colloidali di nuova generazione. -Polimerizzazione di equilibrio. - Arresto strutturale: differenze tra arresto di tipo vetroso e arresto di tipo gel. - Analogie tra sistemi colloidali e molecolari. - Processi di aggregazione in materiali biologici (gel proteici - gel biomimetici) -Il ruolo unificante della valenza: diagrammi di fase e arresto strutturale di particelle patchy e con interazioni direzionali. Formazione di gels in equilibrio. - Analogie tra gel chimici e gel fisici. - Transizione vetrosa in sistemi polimerici di architettura complessa: polimeri a stella. - Fasi non-ergodiche in colloidi carichi: vetri di Wigner. - Diagrammi di fase, fasi cluster e aggregazione in proteine globulari. (literal)
  • -L'importanza dell'anisotropia per ingegnerizzare dal basso (bottom-up) i processi di self-assembly: anisotropia della forma e delle interazioni. - Arresto strutturale: differenze tra arresto di tipo vetroso e arresto di tipo gel. Sfruttare le fasi disordinate per dar vita a nuovi materiali. -Il ruolo unificante della valenza: diagrammi di fase e arresto strutturale di particelle patchy e con interazioni direzionali. - Analogie tra gel chimici e gel fisici. - Formazione di gel in equilibrio: studio di argille colloidali con interazioni competitive e direzionali e di dendrimeri DNA. - Interferenza tra nucleazione e arresto dinamico in sistemi di sfere dure monodisperse e polidisperse. Ruolo della polidispersita' nel diagramma di fase e nella transizione vetrosa. -Individuazione di sistemi che mostrano diverse fasi vetrose e transizioni vetro-vetro. - Modellizzazione di interazioni efficaci per particelle complesse, as ed miscele di polimeri, proteine globulari e argille colloidali, particelle microgel al variare di temperatura e pH. - Diagrammi di fase e arresto strutturale di particelle patchy o di forma anisotropa. - Fasi e interazioni fra particelle soffici (literal)
Competenze
  • Negli ultimi anni abbiamo studiato i processi di self-assembly e clustering in sistemi colloidali di varia natura, in presenza di interazioni di depletion e interazioni a lungo raggio repulsive, i colloidi a valenza limitata (patchy), in liposomi cationici (che costituiscono vettori ideali per la terapia genica), in soluzioni di laponite (una argilla sintetica utilizzata industrialmente), in colloidi carichi (costruiti depositando strati di polielettroliti sulla superficie di particelle di PMMA), in gel chimici (step-polimerization) e piu' recentemente gel biologici (ad es in proteine globulari). Le tecniche di indagine utilizzate dai partecipati alla commessa includono - utilizzo delle facilities europee per scattering di neutroni e raggi X - scattering statico e dinamico della luce - calorimetria DSC - dielettrico (su 10 decadi di frequenza) - simulazioni numeriche - teorie per descrivere l'aggregazione (es. teoria di Wertheim, Flory-Stockmayer) e per la transizione vetrosa (teoria di Mode Coupling) (literal)
  • Negli ultimi anni abbiamo studiato i processi di self-assembly e clustering in sistemi colloidali di varia natura, in presenza di interazioni di svuotamento (depletion) a corto raggio e di interazioni elettrostatiche (repulsive) a lungo raggio, oppure di interazioni direzionali. Tra questi, i liposomi cationici (che costituiscono vettori ideali per la terapia genetica), la laponite (una argilla sintetica utilizzata industrialmente), i colloidi carichi (costruiti depositando strati di polielettroliti sulla superfice di particelle di PMMA), gel chimici (step-polimerization), gel di proteine globulari (ad es. lisozima) e gel biologici (dendrimeri DNA), polimeri a stella e miscele di essi con catene lineari, particelle microgel (PNIPAM, PNIPAM-PAAC). Le tecniche di indagine utilizzate dai partecipati alla commessa si basano principalmente sulle simulazioni numeriche e calcoli teorici, combinati in alcuni casi con investigazioni sperimentali di scattering statico e dinamico della luce e utilizzo delle facilities europee per scattering di neutroni e raggi X. (literal)
Potenziale impiego per processi produttivi
  • Le diverse fasi di gel osservate, ad es il gel di equilibrio, ultra-leggero e estremamente stabile (\"il gel che non invecchia\" cfr. ANSA.it), possono avere un impatto tecnologico importante, nell'industria bio-medica, alimentare e cosmetica, nonche' in sistemi di drug-delivery oppure per pile a gel elettroliti da incorporare in sistemi microscopici. Lo studio recente della devitrificazione di una vetro di sfere dure ha importanza per la comprensione dei processi che regolano la vita dei materiali vetrosi. Le particelle microgel a network interpenetrato sono termo e pH responsive, con notevoli potenziali applicazioni in campo biomedico. (literal)
Tecnologie
  • Sviluppo di codici per schede grafiche per la simulazione di sistemi con grande numero di particelle, particolarmente utile per lo studio del caso di miscele binarie asimmetriche. (literal)
Obiettivi
  • L'obiettivo primario e' la comprensione dei processi di clustering, self-assembly ed arresto strutturale nella materia soffice. In particolare ci interessa arrivare a predire la maniera in cui le interazioni tra le micro-particelle determinano la morfologia dello stato macroscopico finale al variare dei parametri termodinamici. Come obiettivi intermedi identifichiamo la comprensione di specifici processi di clustering e di formazione di stati solidi ordinati (cristalli) e disordinati (vetri e gels). Ci interessa quindi predire l'auto-organizzazione delle particelle colloidali elementari in strutture precise dalle proprieta' desiderate (strategia bottom-up), quali ad esempio il gel di equilibrio o un cristallo con proprieta' di banda fotonica. Inoltre vogliamo acquisire un controllo delle varie topologie dei diagrammi di fase (ad es separazione gas-liquido a bassa densita' o coesistenza rientrante) a partire dalla conoscenza delle interazioni fra le particelle. In particolare stiamo studiando particelle microgel, argille colloidali, proteine, polimeri di varia architettura e miscele in modo da studiare il ruolo di anisotropia, sofficita' e altri parametri sulle diverse fasi. (literal)
  • L'obiettivo primario e' la comprensione dei processi di clustering ed arresto strutturali nella materia soffice e, in particolare, la maniera in cui le interazioni tra le particelle determinano la morfologia dello stato macroscopico. Come obiettivi parziali identifichiamo la comprensione di specifici processi di clustering e di formazione di aggregati macroscopici (gels). Come obiettivi di ampio respiro ci proponiamo di comprendere le analogie e differenze tra stati arrestati di diversa origine, tra gel colloidali e liquidi molecolari network-forming e tra aggregazioni colloidali ed aggregazioni proteiche. (literal)
Stato dell'arte
  • Negli ultimi anni --- stimolati dai numerosi processi di self-assembly incontrati nello studio dei sistemi bioligici e nei nuovi materiali colloidali e soffici --- e' stato intensificato lo studio dei meccanismi che stanno alla base di tali processi. Energie sono state applicate alla comprensione delle differenze tra formazione di stati omogenei macroscopici e stati intrinsicamente disordinati in cui, in equilibrio, la struttura del sistema non e' omogenea (fasi clusters). Contemporaneamente sono state studiate le differenze tra processi di equilibrio e processi in cui la evoluzione del sistema controlla lo stato finale. Notevoli progressi sono stati compiuti nel tentativo di comprendere il ruolo relativo del processo di formazione vetrosa, di formazione di gel e di separazione di fase. Si e' evidenziato l'importanza della interazioni competitive e delle interazioni direzionali nella stabilizzazione dello stato liquido e nella formazione di gels in equilibrio. (literal)
  • Negli ultimi anni --- stimolati dai numerosi processi di self-assembly incontrati nello studio dei sistemi biologici e nei nuovi materiali colloidali e soffici --- e' stato intensificato lo studio dei meccanismi che stanno alla base di tali processi. Si e' cercato di comprendere le differenze per cui in certi casi si ha la formazione di stati omogenei macroscopici, mentre in altri si ottengono stati intrinsicamente disordinati in cui, in equilibrio, la struttura del sistema non e' omogenea (fasi clusters). Contemporaneamente sono state studiate le differenze tra processi di equilibrio e processi in cui la evoluzione del sistema (aging) controlla lo stato finale. Notevoli progressi sono stati compiuti nel tentativo di comprendere il ruolo relativo del processo di formazione vetrosa, di formazione di gel e di separazione di fase. Si e' evidenziato l'importanza della interazioni competitive e delle interazioni direzionali nella stabilizzazione dello stato liquido a basse densita'. Piu' di recente, il focus si sta spostando su particelle soffici, in cui la sofficita' e' un nuovo grado di liberta' che si puo' variare per ottenere nuove fasi e nuovi comportamenti. (literal)
Tecniche di indagine
  • - utilizzo delle facilities europee per scattering di neutroni e raggi X - scattering statico e dinamico della luce - calorimetria DSC - dieletrico (su 10 decadi di frequenza) - simulazioni numeriche - teorie per descrivere l'aggregazione (es. teoria di Wertheim, Flory-Stockmayer) e per la transizione vetrosa (teoria di Mode Coupling) (literal)
  • - simulazioni numeriche - teorie per descrivere l'aggregazione (es. teoria di Wertheim, Flory-Stockmayer) e per la transizione vetrosa (teoria di Mode Coupling) - utilizzo delle facilities europee per scattering di neutroni e raggi X - scattering statico e dinamico della luce - calorimetria DSC - dielettrico (su 10 decadi di frequenza) (literal)
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