Investigadores del Centro de Investigación de Ciencia y Tecnología Avanzadas y el Instituto de Ciencias Industriales de la Universidad de Tokio utilizaron una nueva simulación por computadora para modelar la autoorganización electrostática de las nanopartículas zwitteriónicas, que son útiles para la administración de fármacos. Descubrieron que la inclusión de fluctuaciones de carga transitorias aumentaba considerablemente la precisión, lo que podría ayudar a desarrollar nuevos nanomateriales inteligentes autoensamblables.

En la mitología romana antigua, Jano era el dios tanto del comienzo como del final. Su naturaleza dual se reflejó a menudo en su representación con dos caras. También presta su nombre a las llamadas partículas de Janus, que son nanopartículas que contienen dos o más propiedades físicas o químicas distintas en su superficie. Una solución prometedora de "dos caras" utiliza partículas zwitteriónicas, que son esferas con un lado con carga positiva y un lado con carga negativa. Los investigadores esperan crear estructuras autoorganizadas, que puedan activarse mediante cambios en la concentración de sal o el pH de una solución. Sin embargo, este tipo de ingeniería "ascendente" requiere simulaciones por computadora más precisas para implementarse.

Ahora, un equipo de investigadores del Centro de Investigación de Ciencia y Tecnología Avanzadas y el Instituto de Ciencias Industriales de la Universidad de Tokio han creado un nuevo modelo informático que incorpora fluctuaciones transitorias en las distribuciones de cambios en la superficie de las partículas que pueden dar lugar a a una variedad más amplia de estructuras, en comparación con el software actual. "La simulación de la disociación o asociación dinámica de los grupos de ionización es inherentemente más desafiante y debe iterarse repetidamente hasta que se obtengan resultados consistentes", dice el primer autor Jiaxing Yuan.

Los investigadores demostraron que el método anterior de asumir que cada una de las partículas lleva una carga constante puede dar resultados inexactos. Para simular la posible transición a cúmulos compactos, en lugar de producir exclusivamente hebras alargadas, la computadora necesitaba incluir fluctuaciones de corta duración en la carga superficial. Estas diferencias son particularmente notables a baja concentración de sal y alta fuerza de acoplamiento electrostático.

En los organismos vivos, las proteínas se pliegan en formas muy específicas basadas en gran parte en la atracción entre las regiones cargadas positiva y negativamente. En el futuro, las partículas diseñadas artificialmente pueden autoensamblarse cuando se activan por un cambio en las condiciones. "Con partículas zwitteriónicas, esperamos crear materiales funcionales con propiedades ajustables, similares a la autoorganización de las proteínas cargadas", dice el autor principal Hajime Tanaka.

La investigación fue publicada en Physical Review Letters . + Explora más

Influencias microambientales en micromotores artificiales