Las propiedades del oro en nanoescala son significativamente diferentes a las del oro a granel. De especial interés son los nanoclusters de oro, que se componen de entre decenas y algunos cientos de átomos de oro. Numerosas de tales estructuras de racimo son conocidas y sintetizables con precisión atómica. El objetivo de esta tesis fue aplicar simulaciones de dinámica molecular en la investigación de propiedades de nanoclusters de oro en diferentes entornos. Las simulaciones revelan que el nanocluster de oro puede unirse a virus mediante diferentes interacciones, y que la fuerza de las interacciones depende de las condiciones del pH.

La aplicabilidad de los nanoclusters de oro en medicina está ampliamente estudiada. En la Universidad de Jyväskylä, su uso se ha demostrado, por ejemplo, en imágenes de virus. Los nanoclusters de oro generalmente están compuestos por un núcleo de oro cubierto por una capa protectora de diferentes moléculas. Por tanto, la capa protectora determina esencialmente cómo interactúa el nanocluster de oro con su entorno. Es más, las propiedades de los nanoclusters de oro pueden alterarse adaptando el tipo de moléculas en la capa protectora.

El objetivo de la tesis doctoral de M.Sc Emmi Pohjolainen en la Universidad de Jyväskylä, Finlandia, fue el estudio de diferentes nanoclusters de oro en diversos entornos mediante simulaciones de dinámica molecular. Las simulaciones de dinámica molecular son una herramienta establecida en los estudios de sistemas cuyas propiedades y dinámica deben investigarse con precisión atómica. manteniendo el tiempo de cálculo razonable.

Si bien las simulaciones de dinámica molecular se han utilizado ampliamente en estudios de biomoléculas, su uso en la investigación de nanoclusters metálicos ha sido relativamente escaso. El primer objetivo de esta tesis fue desarrollar y validar parámetros que permitan simular dichos sistemas. Desde entonces, estos parámetros también han sido utilizados por otros grupos fuera de la Universidad de Jyväskylä.

La acidez controla la unión de los nanoclusters de oro al virus.

Esencialmente, todos los resultados de la simulación deben estar conectados a los datos experimentales. Por un lado, los resultados experimentales pueden complementarse con resultados de simulación, por otro lado, es necesario utilizar la información experimental disponible para validar la bondad de la simulación. Las simulaciones realizadas para esta tesis incluyeron, por ejemplo, la simulación de nanoclusters de oro en interacciones con virus, mediante la construcción de un sistema con una cápside de virus completa cubierta con 60 nanoclusters de oro. Este sistema contenía unos 3,5 millones de átomos, y es, como tal, un sistema notablemente grande para simular a escala atomística.

Los resultados revelaron que los nanoclusters de oro pueden interactuar con el virus por diferentes medios, y la fuerza de estas interacciones depende de las condiciones de pH. Esta información puede utilizarse en el futuro en el diseño de imágenes y moléculas de fármacos que necesiten unirse a ubicaciones específicas en la superficie del virus. También se simuló la unión de diferentes tipos de moléculas de fármaco al virus, y las resistencias de unión se compararon con las de los nanoclusters de oro.

En esta tesis también el autoensamblaje de nanoclusters de oro en escamas o estructuras esféricas, previamente observado experimentalmente, fueron simulados. Las simulaciones revelaron que la estabilidad de tales superestructuras depende tanto de las condiciones del solvente como de la distribución de cargas en la superficie del cúmulo. Por lo tanto, El autoensamblaje o desmontaje podría controlarse cambiando las condiciones de pH y solvente. Esta propiedad podría utilizarse, por ejemplo, en moléculas portadoras de fármacos.