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    Los físicos obtienen nuevos conocimientos sobre los nanosistemas con confinamiento esférico

    Estructura bipolar ensamblada de polímeros rígidos a bajas densidades. Crédito:Arash Nikoubashman, Universidad de Mainz

    Los físicos teóricos dirigidos por el profesor Kurt Binder y el Dr. Arash Nikoubashman de la Universidad Johannes Gutenberg de Mainz (JGU) en Alemania han utilizado simulaciones por computadora para estudiar la disposición de polímeros rígidos en cavidades esféricas. Estos sistemas confinados juegan un papel importante para una amplia gama de aplicaciones, como la fabricación de nanopartículas para la administración de fármacos dirigida y para nanomateriales personalizados. Es más, Los sistemas investigados pueden proporcionar información crucial sobre el funcionamiento interno de los problemas biológicos donde los efectos del confinamiento son cruciales. como el empaquetamiento de ADN bicatenario en cápsides de bacteriófagos y el autoensamblaje de filamentos de actina en las células.

    Las simulaciones han demostrado que las cadenas totalmente flexibles se distribuyen homogéneamente dentro de la cavidad esférica, con una superficie desestructurada en la esfera de confinamiento. Sin embargo, cuando se incrementó la rigidez de las cadenas, los polímeros alineados de forma paralela con los extremos de la cadena ordenados en un plano ecuatorial común. Al mismo tiempo, Surgieron estructuras complejas en la superficie de la esfera. A bajas densidades y rigidez intermedia, las cadenas formaron patrones bipolares (ver Figura 1), como se les conoce por las cebollas y los globos. A medida que aumentaba aún más la densidad y la rigidez, la textura cambió a una estructura similar a una pelota de tenis con cuatro postes distintos (ver Figura 2).

    Estos estados tan inusuales se originan en la compleja interacción entre el empaquetamiento y la flexión de las cadenas de polímero individuales. Por un lado, es entrópicamente favorable que las cadenas rígidas de polímero se alineen paralelas entre sí. Esta llamada fase nemática es, por ejemplo, crucial para la funcionalidad de las pantallas de cristal líquido. Por otra parte, el confinamiento esférico impide tal orden en todo el sistema de modo que las cadenas cercanas a la superficie de la esfera tienen que doblarse, que es energéticamente desfavorable. Las estructuras resultantes son entonces el compromiso de estas limitaciones.

    Estas simulaciones brindaron la primera oportunidad de observar y estudiar el autoensamblaje de polímeros rígidos en cavidades esféricas. Los investigadores que rodean al Dr. Arash Nikoubashman y al profesor Kurt Binder confían en que su trabajo ayudará a dilucidar el comportamiento de los sistemas blandos sintéticos y naturales en confinamiento.

    Estructura de pelota de tenis cuadripolar de polímeros rígidos a altas densidades. Crédito:Arash Nikoubashman, Universidad de Mainz




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