(PhysOrg.com) - Un equipo de científicos dirigido por un químico de la Universidad de Penn State ha demostrado las fortalezas y debilidades de un método alternativo de perfilado de profundidad molecular, una técnica utilizada para analizar la superficie de materiales ultrafinos como el tejido humano. , nanopartículas, y otras sustancias. En el nuevo estudio, Los investigadores utilizaron simulaciones y modelos informáticos para mostrar la eficacia y las limitaciones del método alternativo. que está siendo utilizado por un grupo de investigación en Taiwán. Los nuevos hallazgos de la simulación por computadora pueden ayudar a los futuros investigadores a elegir cuándo usar el nuevo método para analizar cómo y dónde se distribuyen moléculas particulares a lo largo de las capas superficiales de materiales ultrafinos. La investigación se publicará en el Revista de Letras de Química Física.

Líder del equipo Barbara Garrison, el Profesor Shapiro de Química y el jefe del Departamento de Química de la Universidad de Penn State, Explicó que bombardear un material con buckyballs, moléculas huecas compuestas por 60 átomos de carbono que se forman en una forma esférica que se asemeja a un balón de fútbol, ​​es un medio eficaz de perfilar la profundidad molecular. El nombre, "buckyball, "es un homenaje a un ingeniero estadounidense de principios del siglo XX, Buckminster Fuller, cuyo diseño de una cúpula geodésica se asemeja mucho a la molécula de 60 carbonos en forma de balón de fútbol. "Los investigadores descubrieron hace unos años que las buckyballs podrían usarse para perfilar profundidades a escala molecular de manera muy efectiva, "Garrison explicó." Las buckybolas son mucho más grandes y más gruesas que el espacio entre las moléculas en la superficie del material que se está estudiando, así que cuando las buckyballs golpeen la superficie, tienden a romperlo de una manera que nos permite mirar dentro del sólido y ver realmente qué moléculas están dispuestas y dónde. Podemos ver, por ejemplo, que una capa está compuesta por un tipo de molécula y la siguiente capa está compuesta por otro tipo de molécula, similar a la forma en que un meteoro crea un cráter que expone capas de roca subterráneas ".

Garrison y sus colegas decidieron utilizar modelos informáticos para probar la eficacia de un enfoque alternativo que otro grupo de investigación había estado utilizando. El otro grupo había utilizado no solo grandes, Buckyballs de alta energía para bombardear una superficie, pero también otro más pequeño, elemento químico de baja energía - argón - en el proceso. "En nuestras simulaciones por computadora, modelamos el bombardeo de superficies primero con buckyballs de alta energía y luego, con átomos de argón de baja energía, "Dijo Garrison.

El grupo de Garrison descubrió que, con bombardeo de buckyball solo en ángulos de pastoreo, el resultado final es una superficie muy rugosa con muchas depresiones y crestas en una dirección. "En muchas instancias, este enfoque funciona bien para la creación de perfiles de profundidad. Sin embargo, en otros casos, el uso de buckyballs solo crea una superficie irregular en la que realizar el perfil de profundidad molecular porque las moléculas se pueden distribuir de manera desigual a lo largo de los picos y valles, "Garrison explicó." En estos casos, cuando se añade al proceso un bombardeo de argón de baja energía, el resultado es mucho más parejo, superficie más lisa, cuales, Sucesivamente, lo que lo convierte en un área mejor para realizar análisis de disposición molecular. En estos casos, los investigadores pueden obtener una imagen más clara de las muchas capas de moléculas y exactamente qué moléculas componen cada capa ".

Sin embargo, El equipo de Garrison también concluyó que el argón debe tener una energía lo suficientemente baja para evitar un daño mayor de las moléculas que se perfilan. "Según nuestras simulaciones, la conclusión es que las condiciones de buckyball que utilizó el otro grupo de investigación no son las mejores para la elaboración de perfiles de profundidad; por lo tanto, el co-bombardeo con argón de baja energía ayudó al proceso, "Garrison dijo." Es decir, el método de co-bombardeo funciona sólo en algunos casos muy específicos. No creemos que el argón de baja energía ayude en los casos en que las buckybolas tengan energías suficientemente altas ". Garrison agregó que los investigadores anteriores habían intentado usar más pequeñas, proyectiles atómicos más simples en alto, en lugar de bajas energías, pero estos proyectiles tendían a simplemente penetrar profundamente en la superficie, sin dar a los científicos una visión clara de la disposición y la identidad de las moléculas que se encuentran debajo.

Garrison dijo que el perfil de profundidad molecular es un aspecto crucial de muchos experimentos químicos y sus aplicaciones son de gran alcance. Por ejemplo, El perfil de profundidad molecular es una forma de sortear los desafíos de trabajar con algo tan pequeño e intrincado como una célula biológica. Una celda se compone de capas delgadas de distintos materiales, pero es difícil cortar algo tan diminuto para analizar la composición de esas capas superfinas. Además, El perfil de profundidad molecular se puede utilizar para analizar otros tipos de tejido humano, como el tejido cerebral, un proceso que podría ayudar a los investigadores a comprender las enfermedades y lesiones neurológicas. En el futuro, El perfil de profundidad molecular también podría usarse para estudiar nanopartículas:objetos extremadamente pequeños con dimensiones de entre 1 y 10 nanómetros, visible sólo con un microscopio electrónico. Debido a que las nanopartículas ya se están utilizando experimentalmente como sistemas de administración de fármacos, un análisis detallado de sus propiedades utilizando perfiles de profundidad molecular podría ayudar a los investigadores a probar la eficacia de los sistemas de administración de fármacos.