Foto: David Valdovinos

Lagos

Una aventura computacional para conocer las moléculas


Con softwares especializados, investigadores estudian las composiciones de los átomos para su aplicación en campos como la medicina

Por Dania Palacios
12 Marzo 2018

DANIA PALACIOS

En el Centro Universitario de los Lagos (CULagos), investigar la actividad de las moléculas y cómo funcionan es una aventura computacional.

El investigador Jaime Gustavo Rodríguez Zavala, representante del cuerpo académico de Físicoquímica teórica, desarrolla e implementa algoritmos para el estudio de la estructura electrónica en sistemas moleculares.

Con un clúster disponible en el CULagos, estudiantes de maestría y doctorado calculan procesos de la reactividad química y de ionización de las moléculas para determinar algoritmos y caracterizar las propiedades de cada una.

El estudio en el que se ha enfocado Rogríguez Zavala ha sido con los fullerenos, moléculas con figuras de pentágonos y hexágonos, que en cada uno de sus vértices cuentan con un átomo de carbono que les proporciona características especiales.

“Se han encontrado varias propiedades desde hace varias décadas, como la súper conectividad”, describió Rodríguez. “En estas moléculas esferoidales se aprovecha el hueco, ya que tienen forma de balón de futbol, y entonces pueden almacenar ciertos átomos, que al mezclarlos permiten obtener beneficios específicos para distintas aplicaciones”.

En medicina, por ejemplo, a los fullerenos se les introducen átomos de gadolinio, un metal sólido, y juntos son utilizados en imágenes de resonancia magnética nuclear. Por ejemplo, “se ha encontrado que mejoran el contraste y permiten visualizar de mejor manera los órganos internos”.

Para el análisis de los fullerenos, su composición y sus múltiples combinaciones con otros átomos, los investigadores del CULagos utilizan softwares comerciales para el cálculo de la estructura electrónica, así como softwares especializados y desarrollados en el mismo centro.

“Cómo se arreglan, qué tipo de átomos se pueden meter, cuál es la estabilidad energética de las estructuras, son las formas en las que uno puede trabajar computacionalmente.

“Todo eso requiere un reacomodo electrónico. Por cada movimiento que le hagas, implica acomodar los electrones, y significa que cambian por completo las propiedades de estas estructuras”.

Por el reciente descubrimiento de los fullerenos (hace apenas 33 años), el estudio de estos átomos es toda una aventura.

Fue en 1985 cuando el científico inglés Harold Walter Kroto, de la Universidad de Sussex, y los científicos norteamericanos James Heath, Sean O’Brien, Robert Curl y Richard Smalley, de la Universidad de Rice, buscaron cómo habían sido conformadas y compuestas las estrellas, estudiando sus estructuras, y, como lo explica el investigador Rodríguez Zavala, la serendipia los llevó al hallazgo científico de los fullerenos. Con este descubrimiento obtuvieron el Premio Nobel de Química en 1996.

“Sin querer dieron con una estructura muy peculiar. Encontraron moléculas constituidas por 60 átomos de carbono, con una forma geométrica y arreglo electrónico especial. Antes la producción de fullerenos era muy poca. Si bien existían, no llamaban la atención, porque no se podían sintetizar para algo funcional”.

En la actualidad se estudia ampliamente la funcionalidad y las propiedades de estas moléculas, que se encuentran “prácticamente en cualquier parte”. A pesar de que existen grupos científicos que las sintetizan, es complicado su control.

De ahí la importancia del estudio de su comportamiento de manera computacional, para determinar los algoritmos y maximizar sus capacidades de absorber otras moléculas y conocer su funcionalidad.

“Se necesita conocer cómo es que se arreglan los electrones para determinar cómo sería más factible absorber las moléculas, y para ello se calculan índices de factibilidad, que avisan cuáles serían los sitios más susceptibles hacia los diferentes tipos de ataques de la superficie del fullereno”.

La producción de ciencia básica que realiza CULagos de manera teórica, apoya el área experimental, que se hace principalmente en países como España, China, Taiwán, Rusia, Estados Unidos y Japón.

“Por ejemplo, en Japón ya hablan de cremas con fullerenos, que se utilizan para mejorar el cutis. Las primeras aplicaciones ya se comienzan a dar desde la ciencia básica, para conocer el arreglo electrónico y sacándole provecho”.



Nota publicada en la edición 962


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