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Modelos precisos de campos de fuerza para soluciones iónicas

La comprensión del flujo de iones es fundamental para el desarrollo en las industrias de biotecnología y farmacéutica. Se han elaborado nuevos modelos termodinámicos que se espera mejoren la comprensión y el diseño.
Modelos precisos de campos de fuerza para soluciones iónicas
La mayoría de los materiales poliméricos hidrófobos carecen de grupos funcionales o reactivos en sus superficies. A pesar de ello, desarrollan una carga negativa significativa en sus interfases con cuerpos acuosos tales como las soluciones salinas fisiológicas. La investigación intensiva durante las últimas décadas no ha sido capaz de encontrar una explicación a este fenómeno. Sin embargo, las consecuencias de este tipo de eventos son muy importantes para los flujos regidos por la electricidad, como por ejemplo el transporte de iones a través de canales biológicos.

El proyecto EXCHARGEHYD, financiado por la Unión Europea, investigó la adsorción de sales en estas interfases, teniendo en cuenta campos de fuerza termodinámicamente consistentes para los iones, aplicando métodos de dinámica molecular. Es difícil definir campos de fuerza precisos y para ello se requiere un modelo que describa simultáneamente el comportamiento de varias propiedades (termodinámicas) en la fase libre de soluciones iónicas. No obstante, la mayoría de los parámetros de los campos de fuerza de cationes divalentes importantes a nivel biológico tales como el magnesio (Mg2+), el calcio (Ca2+), el bario (Ba2+) y el estroncio (Sr2+) se basan típicamente en las propiedades de un solo ion.

Los investigadores desarrollaron parámetros de los campos de fuerza de los iones antes mencionados en el modelo del agua de carga puntual simple ampliado (SPC/E). Los campos de fuerza optimizados describen con precisión las propiedades termodinámicas de los iones individuales en el agua. También se incluyeron en el modelo todas las desviaciones observadas experimentalmente respecto del comportamiento ideal en las concentraciones de iones finitos para mejorar la precisión. Las predicciones del modelo se evaluaron comparándolas con las propiedades del agua en contacto con el aire y con una monocapa autoorganizada hidrofóbica. Se investigó la influencia de los iones sobre la estabilidad de las proteínas en soluciones salinas acuosas y en agua pura para conseguir identificar las soluciones con un efecto desnaturalizante.

Hasta la fecha, debido a la naturaleza compleja de las interacciones, ningún modelo de dinámica molecular ha reproducido adecuadamente una amplia gama de comportamientos de los iones. No obstante, las simulaciones precisas desarrolladas por EXCHARGEHYD suponen una contribución importante a la biotecnología y el diseño de fármacos.

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