• Biosensors
• Brownian Dynamics
• Interleukin-6
• Molecular Dynamics
• Multiscale Modelling

I biosensori su scala nanometrica rappresentano una delle tecniche più promettenti nell'analisi diagnostica medica per il riconoscimento di biomolecole. Attraverso la funzionalizzazione di superfici metalliche nobili con opportuni biorecettori in grado di interagire con l'analita in soluzione è possibile costruire una grande varietà di biosensori. In particolare, la funzionalizzazione mediante monostrato autoassemblato (SAM) di molecole organiche offre diverse caratteristiche interessanti per questo tipo di applicazioni. A causa dei limiti sperimentali a livello atomistico, gli studi computazionali che combinano la progettazione in silico con le misure sperimentali raprresentano un approccio alternativo per lo sviluppo di nuovi biosensori. In questo lavoro viene utilizzata una modellazione multiscala per progettare un biosensore in oro basato su SAM per il rilevamento della proteina Interleuchina-6. L'interleuchina-6 rappresenta un marker per la risposta immunitaria, la cui sovraregolazione è coinvolta in molte malattie. In questa tesi, una superficie di oro Au (111) funzionalizzata da un monolayer di alcano-tioli aventi come gruppo terminale un gruppo amminico, è stata modellata come superficie del biosensore. L'approccio multiscala utilizzato in questo lavoro prevede l'applicazione di modelli di dinamica molecolare classica e dinamica browniana. I risultati ottenuti forniscono linee guida per il miglioramento del design della superficie per la rilevazione di Interleuchina-6.

Due to their sensitive label free detection, nanoscale biosensors represent one of the most promising techniques in medical diagnostic analysis for biomolecular recognition. A large variety of biosensors can be constructed through the functionalization of noble metal surfaces with proper bio-receptor capable to interact with the analyte in solution. In particular, functionalization by self-assembled monolayer (SAM) of organic molecules offers several attractive features for these kind of applications. Due to the experimental complexities to investigate nanoscale biosensors at the atomistic level, computational studies which combine in silico design and experimental measurements can be considered as an alternative approach to develop novel biosensors. In this work a multiscale modeling is used to design SAM based gold biosensor for the detection of protein Interleukin-6. Interleukin-6 represents a marker for the immune response, whose upregulation is involved in many diseases. We design an Au (111) gold surface biosensor functionalized by SAM of alkane-thiols chains with a terminal amino group. The multiscale approach used in this work involves application of Classical Molecular Dynamics and Brownian dynamics models. The results obtained provide guidelines for the improvement of the surface design for the detection of Interleukin-6.