Por medio de simulaciones computacionales, investigadores del “Centro UTN Quitex” y «LEMyP» (UNNE-CONICET), identificaron las causas principales de la pérdida de estabilidad de algunos hidrogeles, materiales de creciente interés por sus aplicaciones en distintas áreas. Además, de manera teórica, diseñaron moléculas que podrían evitar la precipitación temprana.
Los hidrogeles son materiales blandos, ni sólidos ni líquidos, que están hechos de estructuras poliméricas reticuladas con la capacidad de retener grandes cantidades de agua.
En un contexto de continuo avance en el desarrollo de los hidrogeles, debido a sus potenciales aplicaciones en numerosas disciplinas, hace algunos años se destacó a nivel internacional la obtención de un hidrogel mezclando solo 2 moléculas en agua.
Sin embargo, esos geles precipitaban a diferentes tiempos, a semejanza de un alcohol en gel que con el tiempo pierde estabilidad y se vuelve líquido.
El equipo de investigadores a cargo de ese desarrollo, de la Universidad de Georgia (Estados Unidos), no pudo responder la causa de ese fenómeno, y de manera reciente, investigadores de la UTN, UNNE y Conicet lograron simular fielmente a escala molecular esos hidrogeles y explicar las causas principales de la precipitación.
Los resultados del estudio fueron publicados en la revista «Chemistry – A European Journal», una plataforma líder para investigaciones de vanguardia y revisiones exhaustivas en todos los ámbitos de las ciencias químicas.
«Nuestros experimentos de dinámica molecular lograron capturar algunas de las características estructurales más importantes de estos polímeros en solución, así como las principales fuerzas impulsoras de la vida útil y la precipitación de los hidrogeles«, se destacó en la publicación.
El estudio fue realizado por el Dr. André Nicolai Petelski y el estudiante Lautaro Zalazar, por el Centro de Química e Ingeniería Teórica y Experimental (Centro UTN-QuiTEx), y el Dr. Leonardo Gómez Chávez y el Dr. Matías Miranda del Laboratorio de Estructura Molecular y Propiedades («LEMYP», UNNE-CONICET). Tanto el QuiTEx como el LEMYP forman parte del Instituto de Química Básica y Aplicada del Nordeste Argentino (IQUIBA-NEA, CONICET-UNNE).
En diálogo con UNNE Medios, destacaron que el estudio realizado permitió explicar las causas principales de la precipitación de los hidrogeles, y al mismo tiempo pudieron diseñar, de manera computacional, moléculas que podrían estabilizar a estos hidrogeles.
Detalles del Trabajo
En el aspecto técnico, en el estudio analizaron el papel de los cationes de sodio y las modificaciones covalentes en la estabilidad de tres polímeros supramoleculares basados en ácido cianúrico (Cy) y triaminopirimidina (TAP), con el fin de explicar las causas que generan que precipiten tras el paso de días, semanas o algunos meses.
Los experimentos computacionales de dinámica molecular revelaron dos factores críticos que promueven la inestabilidad y precipitación de estos hidrogeles supramoleculares.
Por un lado, se identificó que los cationes de sodio penetran dentro de la estructura que forma el gel y rompen las uniones débiles entre las moléculas, perturbando así la estabilidad del polímero.
En tanto, el segundo factor se relaciona con las características de las moléculas, con un grupo de moléculas de ácido hexanoico (Co6), más largo y flexible, en comparación con el grupo de ácido butanoico (Co4) en la unidad Cy, que promueve contactos hidrofóbicos cercanos más favorables entre sí.
En términos sencillos, «las moléculas de cola corta no pueden interactuar y el hidrogel no se forma, mientras que las moléculas de cola larga interactúan entre sí y el hidrogel se mantiene estable», explicaron.
En base a esos hallazgos, los investigadores del QuiTEX y el LEMYP diseñaron, experimentalmente, un polímero supramolecular que evita la entrada de contraiones de sodio en el canal, mejorando así la estabilidad de la red de enlaces de hidrógeno.
Perspectivas
“La investigación, en escala de simulación, sienta las bases para seguir avanzando en el desarrollo de hidrogeles en los que se evite una precipitación temprana”, resaltaron desde el grupo de investigación a UNNE Medios.
Comentaron que los hidrogeles revisten creciente interés en materia de investigación y desarrollo debido a sus potenciales aplicaciones en diversas disciplinas, desde la industria alimenticia, medicinal y cosmética, por citar algunos de sus áreas de aprovechamiento.
En esa línea, resaltaron el trabajo conjunto que vienen desarrollando desde el Centro UTN QuiTEx y el LEMYP, sumando esfuerzos para generar, desde la región, conocimiento de relevancia en el campo de la química supramolecular.
Por último, mencionaron la importancia de la aceptación del estudio para su publicación de la revista Chemistry – A European Journal, catalogada como factor de Impacto Q1, una de las publicaciones más citadas en el campo de la química en general.
