ANNUAL REPORT 2011 - Instituto de Estructura de la Materia

BIOSAXSCaracterización de coloides de interés biológico y lipoplexos. Se ha continuado con la investigación sobre laestructuración de liposomas mixtos compuestos por un lípido catiónico y un zwiteriónico en presencia de ADN.Mediante dispersión de rayos X a bajo ángulo se ha determinado el efecto de la composición lipídica en la estructurade estos lipoplexos y se ha comparado con el diagrama de fases teórico obteniéndose un acuerdo muy satisfactorio.Este trabajo se ha realizado en colaboración con el grupo del Prof. E. Aicart del Departamento de Química Física Ide la Universidad Complutense de Madrid.Estudio de nuevos fármacos en el proceso de ensamblado de microtubulos. Mediante técnicas de dispersión derayos X y de neutrones es posible extraer información sobre la conformación de sistemas de interés biológico,como, por ejemplo, proteínas en disolución. En colaboración con el grupo del Dr. Fernando Diaz del Centro deInvestigaciones Biologicas, se están llevando a cabo, mediante la técnica de dispersión de rayos X a bajo ángulo(SAXS) estudios sobre la influencia de nuevos fármacos antitumorales basados en taxoles, en el ensamblado de latubulina. El objetivo es comprender los mecanismos, a nivel atómico y molecular, del ensamblado de microtúbulosen presencia de los mencionados fármacos.Grupo de BIOFÍSICA DE SISTEMAS MACROMOLECULARESSIMULACIÓN DE FENÓMENOS FÍSICOS EN SISTEMAS MACROMOLECULARESDinámica molecular de polímeros en el fundido. El efecto de la arquitectura molecular en las propiedades físicasde las poliolefinas es crucial, modulándolas y dando lugar a una variabilidad práctica que no está presente en otrasfamilas de polímeros. Se han diseñado simulaciones Monte Carlo (MC) de las dimensiones moleculares y de ladinámica molecular (MD) de cadenas de polímeros lineales y con ramificaciones cortas en el estado fundido, con elfin de esclarecer el efecto de la arquitectura molecular en los procesos de difusión y las propiedades viscoelásticas.Esta estrategia ha permitido obtener las características del estado de enmarañamientos mediante el mapeo de lassimulaciones en el modelo de tubos y reptación de de Gennes y Doi-Edwards. Los resultados obtenidos ilustran ladependencia de las dimensiones de cadena, características de enmarañamiento y tiempos de relajación con laarquitectura molecular en consonancia con los resultados experimentales obtenidos por diferentes grupos deinvestigación. Además, estos resultados están en perfecta consonancia con la respuesta viscoelástica lineal en elestado fundido de modelos moleculares homogéneos, poniendo de manifiesto un efecto de la ramificación de cadenacorta que hasta el momento no había sido detectado.Potenciales de grano-grueso para el estudio de la cristalización de polímeros. La formación de núcleospoliméricos es el resultado del plegamiento de la cadena en segmentos perpendiculares a la superficie lamelar. Engeneral, los experimentos no pueden trazar la evolución del movimiento individual de las cadenas poliméricas en laescala de tiempo en la que suceden los eventos característicos de la cristalización. De este modo, las simulacionespor ordenador representan una buena alternativa para elucidar los mecanismos de cristalización de polímeros. Sinembargo, su estudio mediante simulaciones atomísticas detalladas es una tarea difícil, ya que se necesitan enormescantidades de recursos computacionales. Una manera de construir modelos con menor esfuerzo computacional espromediar los movimiento rápidos (y no importantes en la escala de tiempo de interés) mediante la eliminación degrados de libertad atomístico. De este modo, los potenciales atomísticos “duros” se reemplazan por potenciales defuerza media. Estos potenciales se derivan de simulaciones atomísticas de sistemas pequeños usando el métodoiterativo de la inversa de Boltzmann. Se han realizado estudios de los procesos de cristalización del PVA y PE condiferente grado de ramificación. En general, los modelos CG reproducen el comportamiento de las simulacionesatomísticas y, cuando existe, las simulaciones están en concordancia con los datos experimentales, por ejemplo,cristalinidad, densidad y tamaño molecular en función del grado de ramificación.Simulación de la cristalización isotérmica de polietileno en presencia de nanotubos. La adición de nanocargas amatrices poliméricas y el estudio del efecto que causan en las propiedades son temas de gran interés en el campo dela física de macromoléculas sintéticas, dadas las expectativas generadas en cuanto a la tranferencia de sus excelentespropiedades. Desde le punto de vista de la simulación por ordenador, se ha estudiado el efecto de la presencia denanotubos de carbono en el proceso de cristalización isotérmica a 300 K de cadenas aisladas de polietileno ycopolímeros etileno/1-hexeno de composición variable mediante simulaciones de dinámica molecular. En estosmodelos, la presencia del nanotubo juega un papel destacado en cuanto a la cristalización puesto que, ofrece unasuperficie de contacto donde la cadena puede cristalizar y el proceso de nucleación se ve favorecido. Sin embargo, lapresencia de ramificaciones limitó la formación de los cristales aún con la presencia del nanotubo. En general, estosmodelos nanoestructurados presentaron un mayor orden y cristalinidad, lo cual se puede reflejar en una mejora encuanto a las propiedades mecánicas de estos materiales.44