Motivazioni e obiettivi della ricerca in questo ambito

Lo sbiancamento dei coralli, uno degli effetti più devastanti del riscaldamento globale sull'eco-sistema marino, può essere ricondotto al fallimento della regolazione del flusso di energia e dell’equilibrio redox nel sistema fotosintetico guidato e fuori equilibrio sottoposto a stress termico. Da una prospettiva fisica, la simbiosi corallo–alghe rappresenta un sistema ibrido organico–biologico in cui un eccesso di eccitazione e una dissipazione di carica alterata conducono a instabilità ossidativa e perdita di funzionalità

legati ad effetti quantistici su scala molecolare. La motivazione della ricerca in cui si inserisce questa proposta di tesi è indagare se nanoparticelle polimeriche semi-conduttive possano agire come regolatori su scala mesoscopica dell’assorbimento della luce, del trasporto di carica e del buffering redox all’interno di un tale sistema vivente.

L’obiettivo non è soltanto valutare gli effetti di fotoprotezione, ma stabilire un quadro fisico per comprendere e controllare la dissipazione dell’energia e le dinamiche redox in sistemi biologici complessi, mettendo in relazione concetti provenienti dalla fisica dei sistemi fuori equilibrio, dall’elettronica organica, dalla scienza dei materiali e dalla bioingegneria. Obiettivo ultimo è proporre una soluzione nanotecnologica al problema dello sbiamcamento dei coralli.

Metodi e tecniche che saranno sviluppati e utilizzati per svolgere la ricerca

Spettroscopia ottica: Spettroscopia ultrarapida in sistemi fotosintetici viventi: fotoluminescenza risolta nel tempo e assorbimento transiente su clorofilla e nanoparticelle; studio dei meccanismi ultraveloci di fotoprotezione.

Scienza dei materiali:

Fabbricazione di nanoparticelle a partire da diversi biopolimeri e loro caratterizzazione: assorbimento, fotoluminescenza, fotoelettrochimica, scattering dinamico della luce.

Bioingegneria:

Ingegnerizzazione dell’interfaccia nanoparticella–corallo e studio della risposta allo stress; imaging delle specie reattive dell’ossigeno (ROS); misure dinamiche dell’evoluzione dell’ossigeno e saggi di vitalità; simulazioni di sbiancamento.