A medida que los dispositivos biológicos electrónicos, médicos y de nivel molecular se hacen cada vez más pequeños, acercándose a la escala nanométrica, los ingenieros químicos y los científicos de materiales que los diseñan a menudo luchan para predecir la magnitud de las interacciones moleculares en esa escala y si se ensamblarán nuevas combinaciones de materialesy funcionan según lo diseñado.
Esto se debe a que la física de las interacciones a estas escalas es difícil, dicen físicos de la Universidad de Massachusetts Amherst, quienes junto con colegas en otras partes de esta semana presentan un proyecto conocido como Gecko Hamaker, una nueva herramienta de software computacional y de modelado más una base de datos científica abiertapara ayudar a quienes diseñan materiales a nanoescala.
En la historia de portada en el número de hoy de Langmuir , Adrian Parsegian, Cátedra Gluckstern en física, estudiante de doctorado en física Jaime Hopkins y profesor adjunto Rudolf Podgornik en el equipo UMass Amherst informan cálculos de interacciones de van der Waals entre ADN, nanotubos de carbono, proteínas y diversos materiales inorgánicos, con colegas de Case WesternReserve University y la University of Missouri que conforman el equipo del proyecto Gecko-Hamaker.
Para simplificar demasiado, las fuerzas de van der Waals son las atracciones intermoleculares entre átomos, moléculas, superficies, que controlan las interacciones a nivel molecular. El proyecto Gecko Hamaker pone a disposición de sus usuarios en línea una gran variedad de cálculos para interacciones a nivel de nanómetros que ayudanpara predecir la organización molecular y evaluar si las nuevas combinaciones de materiales realmente se mantendrán juntas y funcionarán.
En este trabajo respaldado por el Departamento de Energía de EE. UU., Parsegian y sus colegas dicen que su software de ciencia abierta abre una gama completa de ideas sobre interacciones a nanoescala a las que los científicos de materiales no han podido acceder antes.
Parsegian explica: "Las fuerzas de Van der Waals son pequeñas, pero dominantes en la nanoescala. Hemos creado un puente entre la física profunda y el mundo de los nuevos materiales. Toda miniaturización, todos los micro y nano diseños están gobernados por estas fuerzas yinteracciones, como es el comportamiento de macromoléculas biológicas como proteínas y membranas lipídicas. Estas relaciones definen la estabilidad de los materiales ".
Agrega, "La gente puede intentar reunir todo tipo de materiales nuevos. Esta nueva base de datos y nuestros cálculos serán importantes para muchos tipos diferentes de científicos interesados en coloides, ingeniería biomolecular, aquellos que ensamblan agregados moleculares y trabajan con virus-como las nanopartículas y para las personas que trabajan con la estabilidad y el apilamiento de la membrana. Será útil en una amplia gama de otras aplicaciones ".
Podgornik agrega: "Necesitan saber si diferentes moléculas se unirán o no. Es un problema complicado, por lo que prueban varios trucos y enfoques diferentes". Una contribución importante de Gecko Hamaker es que incluye observaciones experimentales aparentemente no relacionadas con elproblema de interacciones que ayudan a evaluar la magnitud de las fuerzas de van der Waals.
Podgornik explica: "Nuestro trabajo es fundamentalmente diferente de otros enfoques, ya que no hablamos solo de fuerzas sino también de pares. Nuestra metodología nos permite abordar la orientación, que es más difícil que simplemente describir las fuerzas de Van der Waals, porquetienes que agregar muchos más detalles a los cálculos. Se requiere mucho más esfuerzo en el nivel fundamental para agregar los grados orientativos de libertad ".
Señala que sus métodos también le permiten a Gecko Hamaker abordar formas moleculares complejas no isotrópicas, no esféricas y de otro tipo. "Muchas moléculas no parecen esferas, sino barras. Ciertamente en ese caso, sabiendo sololas fuerzas no son suficientes. Debes calcular cómo funciona el torque en la orientación. Llevamos la teoría más profunda y la comprensión microscópica al problema. Las interacciones de Van der Waals son conocidas en casos simples, pero hemos asumido las más difíciles ".
Hopkins, el estudiante de doctorado, señala que, como producto de ciencia abierta, los cálculos y datos de Gecko Hamaker son transparentes para los usuarios, y los comentarios de los usuarios mejoran su calidad y facilidad de uso, al tiempo que verifican la reproducibilidad de la ciencia.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Massachusetts en Amherst . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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