Effetto di campi elettrostatici trasversali sul trasferimento di carica lungo DNA

Nell’ultimo decennio sono stati usati campi elettrostatici trasversali, prodotti da due elettrodi separati da una distanza nanometrica, per misurare le correnti che attraversano coppie di basi azotate diverse, in modo tale da sequenziare molecole di DNA man mano che passano tra gli elettrodi. In questa tesi, invece, si considera la possibilità che gli elettrodi vengano rivestiti di materiale isolante, così evitando il passaggio di corrente trasversale, e si studia l’effetto di campi elettrostatici trasversali sul trasferimento di carica (longitudinale) tra le nucleobasi impilate nel DNA. La rapidità del trasferimento di carica dipende dall’accoppiamento elettronico (VIF) tra le nucleobasi impilate del DNA. Il campo elettrostatico trasversale (E) modifica sia la struttura nucleare delle basi azotate, inclusa la deformazione dei legami a idrogeno, che la struttura elettronica, cioè la distribuzione della densità di carica, e quindi VIF. In questo lavoro si sono calcolati i valori di VIF per il sistema molecolare adenina-timina (AT-AT) perturbato da campi E trasversali, senza rilassamento delle coordinate nucleari e con rilassamento degli atomi di idrogeno coinvolti nei legami H tra le basi. Si sono considerati stati diabatici (o localizzati) iniziali e finali non ortogonali e i calcoli sono stati eseguiti nel quadro della teoria del funzionale densità. Si è visto che questi campi elettrostatici trasversali possono modificare in modo significativo la distribuzione di carica elettronica sulle nucleobasi, con una corrispondente variazione di VIF di più di un ordine di grandezza, e possono quindi essere usati per modulare il trasporto di carica attraverso il DNA in dispositivi nanobioelettronici.