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2013/2014 In questa tesi presento il mio lavoro di ricerca di Dottorato in Nanotecnologie. Questo studio è concentrato sull'uso di nanotecnologia a DNA come strumento per la creazione di strutture nano-biologiche e funzionalizzazione di particelle d'oro. Le nano-particelle d'oro sono state largamente studiate e le loro proprietà sono state sfruttate per importanti applicazioni come la spettroscopia Raman, la rilevazione biologica e la terapia medica. Queste nano-particelle sono caratterizzate da una risonanza ottica plasmonica e proprietà di dispersione della luce ben definite ed esistono numerosi protocolli di provata efficienza per la loro funzionalizzazione chimica. Tra questi, il protocollo di auto-assemblaggio di DNA si è dimostrato eccellente nel comporre strutture di nano-particelle con dimensioni e forma controllate. Questo approccio è stato impiegato per l'ingegnerizzazione di proprietà ottiche, per la creazione di "hot spot” nel campo plasmonico in aggregati di nano-particelle e anche per la formazione di righelli plasmonici con dimeri di nano-particelle nei quali la loro spaziatura è controllata con precisione nanometrica. In questo studio confronto due strategie per la formazione di dimeri di nano-particelle d'oro usando l'ibridizzazione del DNA. Una di queste strategie mi ha permesso di raggiungere una al resa del 26% di formazioni di dimeri rispetto al totale delle AuNP, senza ulteriori procedure di filtrazione, dato che rappresenta il valore più alto riportato in letteratura; inoltre questo dato è stato replicato utilizzando sequenze di DNA molto corte, fino ad 11 nucleotidi, condizione che normalmente riduce l’efficienza del processo. Nella seconda parte della mia tesi, ho combinato le proprietà plasmoniche delle nano-particelle d'oro con strutture a DNA origami in modo da creare sistemi ibridi tra di loro. Questa combinazione mi ha permesso di esplorare architetture innovative per la il controllo della plasmonica con la prospettiva di essere un punto di partenza per lo sviluppo di biosensori. Ho sviluppato una strategia per un controllo innovativo, reversibile e continuo della risonanza plasmonica usando un'attuazione basata su DNA origami. Il meccanismo di attuazione è basato sull'ibridizzazione del DNA, in particolare si è visto uno spostamento del picco di risonanza fino a 6 nm utilizzando tre sequenza di DNA diverse. Il sistema proposto è potrà essere utilizzato per lo studio dei meccanismi di ibridazione di DNA in condizioni di stress controllato, oppure potrà essere usato come piattaforma per un controllo continuo della posizione della risonanza plasmonica o in spettroscopia Raman. XXVII Ciclo 1986

The self-assembly of the protein clathrin on biological membranes facilitates essential processes of endocytosis and has provided a source of inspiration for materials design by the highly ordered structural appearance. By mimicking the architecture of the protein building blocks and clathrin self-assemblies to coat liposomes with biomaterials, advanced hybrid carriers can be derived. Here, we present a method for fabricating DNA-coated liposomes by hydrophobically anchoring and subsequently connecting DNA-based triskelion structures on the liposome surface inspired by the assembly of the protein clathrin. Dynamic light scattering, ζ-potential, confocal microscopy, and cryo-electron microscopy measurements independently demonstrate successful DNA coating. Nanomechanical measurements conducted with atomic force microscopy show that the DNA coating enhances the mechanical stability of the liposomes relative to uncoated ones. Furthermore, we provide the possibility to reverse the coating process by triggering the disassembly of the DNA coats through a toehold-mediated displacement reaction. Our results describe a straightforward, versatile, and reversible approach for coating and stabilizing lipid vesicles through the assembly of rationally designed DNA structures. This method has potential for further development toward the ordered arrangement of tailored functionalities on the surface of liposomes and for applications as hybrid nanocarriers.