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http://cicese.repositorioinstitucional.mx/jspui/handle/1007/1313| Simulaciones por computadora de la adsorción de moléculas orgánicas y biológicas sobre superficies Computational simulations of the adsorption of organic and biological molecules onto surfaces | |
| Pamela Rubio Pereda | |
| Noboru Takeuchi Tan | |
| Acceso Abierto | |
| Atribución | |
| Funcionalización orgánica, Adsorción de proteínas, Hidrocarburos Insaturados, Mecánica cuántica, Dinámica molecular, Grafeno, Siliceno, Germaneno. | |
| La adsorción de moléculas orgánicas y biológicas sobre superficies es un tema de reciente interés en diversos campos científicos y tecnológicos, debido a que la interacción entre moléculas y superficies juega un rol importante en el diseño de implantes, sensores e inmunoensayos, entre otros. Por ejemplo, con la adsorción de moléculas orgánicas, se puede dotar a las superficies de materiales de las propiedades características de las moléculas orgánicas, como son su espectro de absorción, afinidad química e hidrofobicidad/hidrofilicidad. Tal proceso es conocido como funcionalización orgánica, el cual tiene como objetivo final la producción de novedosos dispositivos nano-electrónicos que incorporen propiedades de emisión de luz, detección de luz y sensibilidad química. Por otro lado, con el estudio de la adsorción de proteínas sobre superficies, es posible contemplar el diseño de materiales biocompatibles y de novedosos dispositivos médicos de detección. En este trabajo se estudia la adsorción de moléculas pertenecientes a los grupos de proteínas e hidrocarburos no saturados, sobre superficies de materiales de constitución laminar, como el grafito, grafeno, siliceno y germaneno. Los recientes éxitos asociados al grafeno han conducido a la investigación de otras estructuras bidimensionales como el siliceno y germaneno. En general, estas superficies ofrecen prometedores avances en los campos de la nanoelectrónica y la biotecnología. En el análisis de la adsorción de moléculas biológicas, se estudia la influencia de modificaciones topográficas en el grafito sobre la adsorción de proteínas, como la albúmina. Para tal estudio se emplean simulaciones moleculares basadas en la mecánica clásica, como la mecánica molecular y dinámica molecular. Los resultados muestran que las modificaciones topográficas no promueven el desdoblamiento de la albúmina. Lo anterior sugiere un grado favorable de biocompatibilidad del grafito hacia la adsorción de moléculas biológicas. En el análisis de la adsorción de moléculas orgánicas, se estudia la adsorción de acetileno, etileno y estireno sobre las superficies hidrogenadas del grafeno, siliceno y germaneno, mediante una reacción de adición activada por radicales. El estudio del rompimiento y formación de enlaces así como la estructura electrónica resultante en cada una de las etapas de reacción, se abordó con simulaciones moleculares basadas en la mecánica cuántica, como la teoría del funcional de la densidad. Los resultados muestran que la funcionalización orgánica es más favorable con el siliceno y germaneno que con el grafeno. The adsorption of organic and biological molecules onto surfaces is a topic of increased interest in some scientific and technological fields, since the molecular interactions at the molecule/surface interface play an important role in the design of implants, sensors and immunoassays, and so forth. For example, with the adsorption of organic molecules, material surfaces can be provided with unique characteristics of the organic molecules, such as their absorption spectrum, chemical affinity and hydrophobicity/hydrophilicity. This process is known as organic functionalization, whose ultimate goal is the production of novel nano-electronic devices with properties such as light emission, light detection and chemical sensitivity. On the other hand, with the study of protein adsorption onto surfaces, the design of novel biocompatible materials and medical sensing devices becomes at hand. In this work, we study the adsorption of molecules, belonging to the groups of proteins and unsaturated hydrocarbons, onto material surfaces of laminar constitution, such as graphite, graphene, silicene and germanene. Recent achievements associated with graphene have led to the research of analogue two-dimensional structures, such as silicene and germanene. In general, these surfaces offer promising advances in the nano-electronics and biotechnology fields. In the analysis of the adsorption of biological molecules, we study the influence of topographic modifications on graphite for the adsorption of proteins, such as the albumin. For such a study, we use molecular simulations based on classical mechanics, such as molecular mechanics and molecular dynamics. The results show that topographic modifications on graphite do not influence protein unfolding. This suggests a favorable degree of biocompatibility for graphite to be used for the adsorption of biological molecules. In the analysis of the adsorption of organic molecules, we study the adsorption of acetylene, ethylene and styrene on hydrogenated graphene, silicene and germanene surfaces, by means of a chain reaction activated by radicals. The study of breaking and bond formation as well as the electronic structure at each of the reaction steps was addressed with molecular simulations based on quantum mechanics, such as the density functional theory. The results show that the organic functionalization is more favorable with silicene and germanene than with graphene. | |
| CICESE | |
| 2016 | |
| Tesis de doctorado | |
| Español | |
| Rubio Pereda,P.2016.Simulaciones por computadora de la adsorción de moléculas orgánicas y biológicas sobre superficies. Tesis de Doctorado en Ciencias. Centro de Investigación Científica y de Educación Superior de Ensenada, Baja California. 61 pp. | |
| OTRAS ESPECIALIDADES FÍSICAS | |
| Aparece en las colecciones: | Tesis - Física de Materiales |
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