Creare biodispositivi a nanoscala
Il gruppo di ricerca interdisciplinare del progetto SAMBA ha unito le proprie forze per produrre e usare a fini dimostrativi un transistor biomolecolare formato da metalloproteine autoassemblate. Le metalloproteine sono molecole di proteine che contengono un composto chimico metallico e hanno reazioni chimiche di ossidoriduzione (cambiano, cioè, lo stato di ossidazione aggiungendo o cedendo elettroni). Il progetto ha richiesto l'uso della litografia a fascio elettronico ed altissima risoluzione e di strati di metalloproteine, opportunamente progettati, con densità controllata alla precisione di una singola molecola. Più in particolare, sono state usate proteine di rame del tipo I (azurina, plastocianina, e varietà di mutanti appositamente progettate). Le metalloproteine sono in grado di autoassemblarsi su differenti substrati solidi o morbidi e di formare un canale. La corrente pozzo-sorgente che attraversa il canale può essere controllata modificando la tensione del gate rispetto a un valore prefissato, che è in rapporto col potenziale equilibrio dello stato di ossidoriduzione. Il sistema ibrido metalloproteina/metallo con potenziale di gate nel canale di un transistor a effetto campo e singolo elettrone costituisce il concetto fondamentale alla base del lavoro. Partendo da questa capacità di rettificazione e amplificazione dei segnali elettrici che usano metalloproteine, sono stati implementati vari tipi di dispositivi elettronici biomolecolari. I dispositivi dispongono di piccoli nanoelettrodi metallici su substrati di silicio/ossido di silicio, sui quali le proteine di substrato sono state chemioadsorbite. Prove approfondite dei dispositivi hanno permesso una migliore conoscenza dell'autoassemblamento dello strato molecolare e del processo di chemioadsorbimento, così come della stabilità delle proteine. Sono stati inoltre elaborati nuovi protocolli per la produzione e le prove dei nanodispositivi. I risultati del progetto offrono materia di esplorazione in nuove aree di ricerca, come ad esempio la realizzazione di dispositivi a molecola singola e tre terminali, o di un miglior modello di transistor proteina-strato. Cosa più importante, le innovative metodologie e conoscenze ottenute ai confini tra nanotecnologia e biologia/biochimica aprono nuovi orizzonti nel campo delle nanobiotecnologia. Tra i tanti esempi, dispositivi lab-on-chip per la genomica e la post-genomica, e progettazione di nuove architetture molecolari grazie al bioautoassemblaggio e all'informatica.
