Nuestra investigación se centra en el modelado molecular de materiales blandos y nanoestructurados. Desarrollamos y aplicamos modelos teóricos y simulaciones computacionales. Nuestro objetivo es entender de qué forma las interacciones moleculares y la organización a escala nanométrica se conjugan y determinan el comportamiento macroscópico de estos sistemas complejos. Este conocimiento es fundamental para el diseño racional de sistemas experimentales. Nuestros proyectos involucran intensa colaboración con investigadores experimentales. El modelado molecular nos permite explorar parámetros que no son accesibles en los experimentos.
Hidrogeles responsivos
Los hidrogeles de cadenas entrecruzadas de polímeros con respuesta a estímulo son de gran interés en un gran rango de aplicaciones, tales como biomateriales, administración controlada de fármacos, microfluídica y nanotecnología. La respuesta de estos materiales puede ser inducida externamente variando las propiedades físico-químicas del entorno: temperatura, pH, concentración salina, campos eléctricos y la concentración de biomoléculas. Por ejemplo, los hidrogeles de poliácido pueden aumentar considerablemente su volumen debido a pequeñas variaciones de pH. Estos materiales pueden ser usados para la administración por vía oral de agentes terapéuticos, aprovechando los cambios de pH que existen en el tracto digestivo. Para estudiar estos materiales hemos desarrollado una Teoría Molecular, en colaboración con los profesores Szleifer y M. Olvera de la Cruz (Northwestern University). Esta teoría combina simulaciones moleculares con el tratamiento mecanoestadístico del sistema. Estudiamos cómo la respuesta del hidrogel depende del acoplamiento a nanoescala entre el entorno (el estímulo), las interacciones intra e intermoleculares, la arquitectura polimérica y la organización molecular. Entendiendo cómo controlar la respuesta de los hidrogeles a los distintos estímulos, en términos del diseño molecular y composición química local, podemos ayudar a desarrollar materiales con variadas funcionalidades.
Adsorción de proteínas en hidrogeles
Hoy en día un gran número de drogas terapéuticas son proteínas. En la administración por vía oral de fármacos, los hidrogeles poliméricos están siendo considerados para el encapsulamiento/liberación de proteínas. Además, los hidrogeles son ampliamente utilizados en cromatografía para la inmovilización/purificación de proteínas. En nuestro grupo estudiamos la adsorción de proteínas dentro de los hidrogeles responsivos. En particular, ¿cómo afectan el entorno y el hidrogel a la adsorción y la protonación de las proteínas dentro del material?
Diodos nanofluídicos
Los diodos nanofluídicos son capaces de rectificar el transporte iónico, de manera similar a los canales iónicos biológicos. Durante la última década la posibilidad de generar nanoarquitecturas sintéticas con funcionalidades comparables a las entidades biológicas ha aumentado el interés de la comunidad científica en diversos campos de investigación. En este contexto, entender las características fundamentales que determinan las propiedades de rectificación en los nanoporos es esencial. Para estudiar las interacciones entre los iones y las cargas dentro de los poros utilizamos simulaciones Monte Carlo y el formalismo de Poisson-Nernst-Planck.
Adsorción en materiales nanoestructurados
La adsorción juega un rol central en el estudio de los materiales porosos, proveyendo una herramienta fundamental para la caracterización de los materiales. El descubrimiento y síntesis de nuevos materiales porosos está asociada con la expansión y la renovación de aplicaciones tecnológicas de los procesos de adsorción. Además, el desarrollo de nuevos tipos de materiales porosos ha llevado al estudio de nuevas interacciones en los sistemas formados por adsorbatos / adsorbentes. Para el estudio teórico de estos sistemas utilizamos simulaciones Monte Carlo y aproximaciones de campo medio.