Modelli di campi di forza accurati per le soluzioni ioniche
Le superfici di gran parte dei materiali polimerici idrofobici sono prive di gruppi funzionali o reattivi. Ciononostante, queste sostanze sviluppano un'importante carica negativa nei punti di incontro con corpi idrici, come ad esempio le soluzioni fisiologiche saline. L'enorme mole di ricerche condotte nei decenni passati non è riuscita a trovare una spiegazione a tale fenomeno. Eppure, le conseguenze di questi eventi si rivelano particolarmente importanti per i flussi elettrici, come ad esempio il trasporto di ioni in canali biologici. Il progetto EXCHARGEHYD, finanziato dall'UE, ha tentato di analizzare l'assorbimento del sale in questi punti di contatto, prendendo in considerazione i campi di forza termodinamicamente coerenti degli ioni mediante l'utilizzo di metodi di dinamica molecolare. La definizione accurata dei campi di forza è un'operazione complessa, che richiede un modello per la descrizione simultanea del comportamento di varie proprietà di massa (termodinamiche) delle soluzioni ioniche. Tuttavia, la maggior parte dei parametri dei campi di forza di cationi bivalenti biologicamente importanti, come il magnesio (Mg2+), il calcio (Ca2+), il bario (Ba2+) e lo stronzio (Sr2+), si basa tipicamente sulle proprietà dei singoli ioni. Gli sperimentatori hanno elaborato i parametri dei campi di forza di questi ioni nel cosiddetto modello idrico "extended simple point charge" (SPC/E). I campi di forza ottimizzati descrivono in modo accurato le proprietà termodinamiche dei singoli ioni in acqua. Inoltre, nel tentativo di aumentare i livelli di precisione, il modello ha integrato le deviazioni osservate a livello sperimentale dal comportamento ideale nelle concentrazioni finite di ioni. Le previsioni relative ai modelli sono state valutate in base alle proprietà dell'acqua a contatto con l'aria e con un monostrato autoassemblato idrofobico. È stata quindi analizzata l'influenza degli ioni sulla stabilità delle proteine in acqua pura e in soluzioni acquose di sali, allo scopo di identificare soluzioni con un effetto denaturante. A oggi, a causa della complessità delle interazioni, nessun modello dinamico molecolare è stato in grado di riprodurre in modo adeguato un'ampia gamma di comportamenti ionici. Di conseguenza, le simulazioni condotte con estrema precisione nell'ambito dell'iniziativa EXCHARGEHYD apportano un contributo essenziale allo sviluppo delle biotecnologie e dei farmaci.
