Herramienta para realizar simulaciones de nanopartículas magnéticas multifuncionales

Herramienta para realizar simulaciones de nanopartículas magnéticas multifuncionales


Científicos de la Universidad Estatal de Carolina del Norte han desarrollado una nueva herramienta computacional que permite a los usuarios ejecutar simulaciones de nanopartículas magnéticas multifuncionales con un detalle sin precedentes. El progreso señala el camino para un trabajo innovador destinado a desarrollar nanopartículas magnéticas que puedan usarse en aplicaciones que van desde la administración de fármacos hasta tecnologías de sensores.

Investigadores desarrollan una nueva herramienta para realizar simulaciones de nanopartículas magnéticas multifuncionales.
Imagen de simulación que muestra el autoensamblaje de dos MNP bajo un campo magnético. Créditos fotográficos: Yaroslava Yingling y Akhlak Ul-Mahmood.

Las nanopartículas magnéticas autoensamblables, o MNP, tienen muchas propiedades deseables. Pero estudiarlos ha sido un desafío porque los modelos informáticos han tenido problemas para dar cuenta de todas las fuerzas que pueden afectar estos materiales. Los MNP están sujetos a una interacción complicada entre los campos magnéticos externos y las interacciones electrostáticas, dipolares, estéricas e hidrodinámicas de van der Waals..

Yaroslava Yingling, autora correspondiente del estudio y profesora distinguida, Ciencia e Ingeniería de Materiales, Universidad Estatal de Carolina del Norte

Para las aplicaciones de los MNP, se requiere conocer el comportamiento de las nanopartículas en entornos complejos, como el uso de MNP para dirigir una proteína específica o una molécula de fármaco con campos magnéticos externos a una célula diana cancerosa. En tales escenarios, es crucial poder modelar con precisión cómo responden los MNP a diferentes entornos químicos.

Las técnicas de modelado computacional anteriores que se ocupaban de los MNP no podían dar cuenta de todas las interacciones químicas a las que estaban sujetos los MNP, en un entorno coloidal o biológico proporcionado, y en su lugar se centraban principalmente en las interacciones físicas.

Estas interacciones químicas pueden desempeñar un papel importante en la funcionalidad de los MNP y su respuesta a su entorno. Y el modelado computacional detallado de los MNP es importante, ya que los modelos nos brindan una forma eficiente de construir MNP para aplicaciones específicas..

Akhlak Ul-Mahmood, primer autor del estudio y estudiante graduado, Universidad Estatal de Carolina del Norte

Akhlak Ul-Mahmood agrega: “Por lo tanto, desarrollamos una metodología que tiene en cuenta todas estas interacciones y creamos un software de código abierto que la comunidad científica de los materiales puede usar para implementarlo.. Somos optimistas de que esto permitirá nuevas e importantes investigaciones sobre MNP multifuncionales..”

Los científicos se centraron en nanopartículas de magnetita funcionalizadas con ligandos de ácido oleico para determinar la precisión del nuevo instrumento. Estas nanopartículas ya se han estudiado y se conocen bien.

Descubrimos que las predicciones de nuestra herramienta sobre el comportamiento y las propiedades de estas nanopartículas eran consistentes con lo que sabemos sobre estas nanopartículas en base a observaciones experimentales..

Akhlak Ul-Mahmood, primer autor del estudio y estudiante graduado, Universidad Estatal de Carolina del Norte

Además, el modelo también proporcionó una nueva comprensión de los MNP durante el autoensamblaje.

«Creemos que la demostración no solo muestra que nuestra herramienta funciona, sino que también destaca el valor agregado que puede ofrecer al ayudarnos a comprender cómo se pueden diseñar mejor estos materiales para aprovechar sus propiedades.‘, concluye Yingling.

El estudio se realizó en colaboración con el grupo experimental de Joe Tracy, profesor de ciencia e ingeniería de materiales en NC State. La investigación fue apoyada por la Fundación Nacional de Ciencias bajo el número de subvención CMMI-1763025.

Referencia de la revista:

Mahmood, AU & Yingling, YG, Método de simulación de todos los átomos para la alineación de Zeeman y el ensamblaje dipolar de nanopartículas magnéticas. Revista de Teoría y Cálculo Químico. doi.org/10.1021/acs.jctc.1c01253.

Fuente: https://www.ncsu.edu/

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