Investigación - SBMCB
Nuestra actividad de investigación implica el uso de simulaciones por computadora y mecánica estadística para investigar sistemas y procesos de interés en biofísica y física de materia blanda condensada. Actualmente estamos trabajando en los siguientes proyectos:
Líquidos porosos
La microporosidad permanente se asocia normalmente con materiales en estado sólido, como zeolitas y estructuras organometálicas. Por el contrario, en los líquidos, la porosidad se limita predominantemente a pequeñas vacantes,
que se generan transitoriamente entre las moléculas a medida que caen. En colaboración con colegas experimentales, hemos diseñado recientemente los primeros líquidos con microporosidad permanente. Dichos “líquidos porosos” están hechos de moléculas en forma de jaula, que se vuelven fluidas añadiendo cadenas largas y flexibles al exterior de la jaula o disolviéndolas en un disolvente voluminoso. Actualmente estamos investigando varias propiedades de los líquidos porosos.
Líquidos iónicos a temperatura ambiente
Los líquidos iónicos a temperatura ambiente (RTIL) representan una gran familia de materiales investigados activamente por su función como disolventes versátiles y respetuosos con el medio ambiente. A lo largo de los años, se han propuesto varias aplicaciones de RTIL, sobre todo en catálisis, lubricación, electroquímica y generación de energía fotovoltaica. Hemos investigado muchas propiedades de RTIL, como estructura líquida, transporte de carga, química ácido-base, mezclas, superficies e interfaces. Actualmente estamos interesados en interfaces RTIL-RTIL y RTIL-electrolito acuoso.
Transporte de péptidos a través de bicapas lipídicas
Los péptidos que penetran en las células (CPP) son pequeñas secuencias altamente catiónicas, con una capacidad inherente para penetrar en las membranas. Las poliargininas (pArg) son una de las familias de CPP más descritas, pero su mecanismo de translocación real sigue sin conocerse. Por tanto, nos hemos centrado en el estudio de algunos de los factores que podrían
estar implicados en la permeación pasiva de pArg a través de las membranas lipídicas. Para abordar este proyecto, utilizamos experimentos y simulaciones de grano grueso.
Nucleación de poros y electroporación de membranas.
Las bicapas lipídicas son eficaces para aislar el contenido de la célula, pero su integridad puede verse alterada por una variedad de estímulos externos. Los poros transmembrana, en particular, pueden inducirse y estabilizarse mediante la aplicación de tensión de tracción, un campo eléctrico externo o la inserción de péptidos anfipáticos. La energía de la formación de poros en las membranas subyace a su respuesta a las perturbaciones externas y es de relevancia en el contexto más amplio de la permeabilidad celular.
Actualmente estamos investigando la termodinámica de la nucleación de poros en membranas puras y segregadas por fases y el efecto de los campos eléctricos en el mecanismo de formación de poros.
Nanopartículas en biomembranas
Uno de los desafíos en los sistemas de administración de fármacos es conseguir que los compuestos farmacéuticos (fármacos) lleguen a las células diana. Este desafío surge porque las células tienen membranas que controlan qué sustancias pueden ingresar a la célula. Como consecuencia, muchos fármacos no pueden atravesar la membrana celular. Una solución a este problema es modificar el fármaco añadiéndoles péptidos penetrantes de células (CPP). Estos complejos de carga de CPP pueden atravesar las membranas celulares de manera muy eficaz.
Sin embargo, el mecanismo de este proceso no se comprende completamente. En nuestro trabajo, utilizamos simulaciones por computadora para estudiar cómo los complejos de nanopartículas de CPP atraviesan las membranas celulares. Los
resultados de estos estudios podrían proporcionar pistas valiosas para mejorar la ingesta celular de fármacos.
Monocapas Langmuir
Las capas de Langmuir son películas nanométricas de moléculas anfifílicas autoensambladas en el límite entre el aire y el agua. El
comportamiento de la fase rica de las monocapas de Langmuir puede ser sensible a la composición de la fase acuosa y la electrificación de la interfaz.
Actualmente estamos investigando cómo la adsorción de especies químicas de la solución afecta la estructura, propiedades mecánicas y dieléctricas de monocapas compuestas por diferentes moléculas.
Mecanoquímica
El uso extensivo de disolventes en la industria química es muy perjudicial para nuestro medio ambiente. Utilizando la antigua idea de triturar materiales, la mecanoquímica muestra ahora que los procesos químicos se pueden realizar en estado sólido, eliminando así la mayoría de los disolventes necesarios para la síntesis. Este método más limpio y posiblemente más eficiente desde el punto de vista energético para producir materiales podría extender la vida útil de los recursos limitados de la Tierra.
Las reacciones sin solvente, o casi sin solvente, se realizan comúnmente usando molinos de bolas, vea el video a continuación, ya que brindan altos niveles de eficiencia y reproducibilidad en comparación con un mortero y un mortero.
Ahora existe una amplia gama de reacciones que han demostrado ser exitosas cuando se realizan mecanoquímicamente y, a menudo, la mecanoquímica muestra ventajas en comparación con las técnicas tradicionales basadas en disolventes. Sin embargo, todavía no entendemos los procesos mediante los cuales las partículas sólidas reaccionan sin disolvente.
Líneas de Investigación desarrolladas en la actualidad:
– Efectos de curvatura en bio-membranas de composición realista
– Procesos de poración y remodelación de membranas lípidicas
– Restructuración y modulación mecánica de membranas mediada por adsorción de péptidos polibásicos (péptidos de penetración celular y péptidos antimicrobianos) y nanopartículas
– Actividad óptica de moléculas sensibles al potencial de membrana.
– Estructura, dinámica y comportamiento de fases de líquidos porosos e iónicos.