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Madrid, 11 de junio de 2020




Monocapas de Langmuir, un recubrimiento nanotecnológico para diferentes superficies

La revista Physical Chemistry Chemical Physics (PCCP) ha publicado un novedoso estudio computacional sobre las monocapas de Langmuir, superficies monomoleculares que son empleadas en nanotecnología para realizar recubrimientos bidimensionales en diferentes tipos de materiales, con aplicaciones que van desde la industria cosmética a la medicina. Las conclusiones de esta simulación atomística permitirán comprender mejor las características de su formación, su estructura y su respuesta a las variaciones de concentración, presión o composición La investigación ha sido realizada por Óscar Toledano y Óscar Gálvez, del departamento de Física Interdisciplinar de la Facultad de Ciencias la UNED, y Miguel Ángel Rubio, del departamento de Física Fundamental.


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El trabajo, titulado Energetics and structures of the tilted phases of fatty acid Langmuir monolayers (Energética y estructuras de las fases inclinadas de monocapas de Langmuir de ácidos grasos), permite conocer mejor las monocapas de Langmuir, estructuras bidimensionales muy finas, de una sola molécula de espesor, suspendidas sobre agua, y que están formadas por moléculas anfífilas como por ejemplo los ácidos grasos, las cuales poseen una cabeza soluble en agua y una cola, más o menos larga, insoluble. En nanotecnología se emplean como recubrimientos de materiales con funciones muy diversas, o incluso como soportes de otras estructuras que se ensamblan en ellas. En la industria se utilizan en la elaboración de sensores químicos, de cosméticos, de materiales con propiedades ópticas determinadas, de capas de aislante eléctrico en microchips o en diferentes dispositivos tecnológicos. En medicina, son de gran interés debido al importante papel que las monocapas lipídicas tienen en el surfactante pulmonar, pudiendo dar lugar a diferentes afecciones respiratorias, especialmente severas en bebés, cuando no está presentes en las cantidades y proporciones necesarias.


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El estudio realizado por Toledano, Rubio y Gálvez, permite conocer mejor el comportamiento de estas monocapas, el porqué de su estructura en espiga, o sus diferentes inclinaciones y geometrías, en función de distintas condiciones de presión, concentración, tamaño de las moléculas o temperatura. “Según sean las características de la molécula anfifílica (tamaño y naturaleza de su cabeza o cola, por ejemplo), y las condiciones de presión y temperatura que tengamos, su empaquetamiento (el modo en que estas moléculas se distribuyen por la interfase acuosa) puede ser muy diferente, lo que da lugar a estructuras y propiedades distintas. Saber cómo es su estructura a nivel atómico en función de todos estos parámetros, no es algo sencillo de determinar experimentalmente. Nosotros hacemos una simulación de la monocapa por ordenador, utilizando métodos químico-cuánticos de alto nivel, precisamente con el fin de poder variar a nuestro antojo su ordenamiento y los diferentes parámetros que le pueden afectar y así entender por qué aparecen y cómo son las diferentes estructuras”, explica Óscar Gálvez.

El actual trabajo parte de uno anterior, una simulación con monocapas formadas por moléculas dispuestas sin ninguna inclinación con respecto a la superficie. En éste trabajo se va un poco más allá y se tienen en cuentan las fases y estructuras que presentan distintas inclinaciones. En el próximo, se abordará la investigación cambiando la composición de la cabeza, e investigando no sólo ácidos grasos, sino también alcoholes, aminas, ésteres, o cetonas. “Estos trabajos de simulación con métodos químico-cuánticos son muy necesarios para entender la naturaleza física y química de la formación y propiedades de estas monocapas tan versátiles” concluye el profesor Gálvez.


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Aida Fernández

Comunicación UNED