Il processo del self-assembly è molto intrigante per un chimico teorico/computazionale. Si tratta di un problema di “complessità emergente”, dove le proprietà del sistema finale dipendo in maniera non lineare dalle proprietà dei costituenti.
Nel 2012, a seguito del finanziamento di un progetto nazionale FIRB, ho iniziato a interessarmi al problema del self-assembly di sistemi guidato da interazioni non covalenti. Il primo sistema su cui ho lavorato è la previsione della geometria degli aggregati del poli-L-benzil glutammato: un peptide composto da amminoacidi non naturali, che danno una struttura secondaria stabile in elica 310. Tali peptici si sciolgono di solventi apolari, ma aggregano a formare strutture nanoscopiche nel momento in cui si esegue la dialisi con acqua. Inoltre, la forma di tali strutture dipende da come viene terminato il peptide. Una piccola differenza nella struttura della molecola costituente, comporta che il nano-assemblato si presenti come vescicola, toroide o sferocilindro.
In un primo approccio, avevo lavorato ad un coarse-graining del sistema (sia del polimero, sia del solvente), arrivando ad un risultato molto soddisfacente, riportato in questo articolo: https://doi.org/10.1039/c4cc01477d.
Dopo qualche anno, grazie all’aiuto di una laureanda magistrale abbiamo ridefinito l’approccio, definendo un potenziale efficace di interazione tra i polimeri, sempre rappresentati in maniera coarse-grained, che inglobasse l’effetto idrofobico del solvente (la driving force del processo di assemblaggio) in un termine di energia libera di superficie. I primi risultati hanno mostrato che con tale modello è possibile prevedere una stabilità relativa differente delle varie forme geometriche del nano-assemblato in funzione della terminazione del peptide, risultato che ha portato a questo articolo: https://doi.org/10.1007/S10853-021-06340-Z.
La ricerca, comunque, non è ancora completa e laureande/i magistrali che vogliano lavorare a tale problema sono ben accette/i.