El grafeno es un material bidimensional con una sola capa atómica de carbono que tiene una estructura hexagonal, similar a un panal. Una sola capa de grafeno, que se conoce más comúnmente como una sola capa de grafito, como el lápiz, es transparente en un 97%, más fuerte que el acero, casi sin peso y puede conducir la electricidad.
Esas propiedades lo convierten en un candidato ideal para su uso en muchas aplicaciones, una vez que comprendemos mejor su comportamiento en diversas condiciones.
Los investigadores han estado observando las muchas aplicaciones del grafeno desde que se aisló por primera vez en 2004. Ya se utiliza en raquetas de tenis y ruedas de bicicleta. Sin embargo, otra área de uso potencial es la administración de medicamentos, que fue el foco de un estudio realizado por investigadores del Instituto de Tecnología de Nueva Jersey (NJIT) que se publicó recientemente en la revista Computational Materials Science.
El profesor Dibakar Datta de ingeniería mecánica e industrial de NJIT y su equipo utilizaron la supercomputadora Comet en el Centro de Supercomputación de San Diego (SDSC), ubicado en la Universidad de California en San Diego, para crear simulaciones detalladas de las interacciones agua-grafeno para determinar si el grafeno es bueno. Candidato para administrar medicamentos a una parte específica del cuerpo.
Si bien el grafeno se ha estudiado extensivamente durante muchos años en soluciones basadas en agua, especialmente en el campo de las ciencias biomédicas, los investigadores dicen que todavía necesitan predecir mejor los rasgos de la superficie de dichos materiales bidimensionales cuando se exponen al agua o líquidos que contienen agua.
Los resultados describen en detalle cómo el grafeno interactúa con una gota de agua. «Uno de los problemas críticos es cómo se comportan los copos de grafeno cuando se colocan dentro de una gota de agua», dijo Datta. «Hacer experimentos para comprender la interacción agua-grafeno es costoso y requiere mucho trabajo, por lo que para enfrentar este desafío, realizamos simulaciones por computadora para obtener una visión fundamental».
Los investigadores encontraron que la escama de grafeno salió de la gota para envolverla, lo que significa que el grafeno es hidrofóbico o adverso al agua. Existe un interés particular en la envoltura de grafeno para materiales nanocompuestos, donde el componente envuelto puede ser nanopartículas, nanocables, bacterias y, lo que es más interesante, el fármaco. Para el suministro de fármacos, se pueden colocar escamas de grafeno y fármacos en la gotita de agua. Debido a la hidrofobicidad, todos los copos salen y envuelven la gota que contiene medicamentos.
Al secarse con agua, las escamas de grafeno encapsulan completamente el medicamento y actúan como carga para las aplicaciones de administración de medicamentos. Además, dependiendo de las disposiciones, cuando se colocaron múltiples escamas de grafeno dentro de una gota de agua, todas las escamas tendieron a salir de la gota y se autoensamblaron, o se agruparon. Este patrón de autoensamblaje depende del tamaño de la gota de agua y la geometría de las escamas de grafeno colocadas en su interior.
El grafeno autoensamblado se puede usar para diferentes dispositivos médicos basados en grafeno. Específicamente, estas simulaciones demostraron a los investigadores que al ajustar la geometría y la disposición inicial de los copos de grafeno dentro de la gota de agua, los ingenieros biomédicos, los médicos y otro personal médico pueden utilizar la envoltura o el autoensamblaje final de grafeno para el suministro de medicamentos en un medio acuático. Se utiliza, y otras aplicaciones médicas de nanodispositivos.
«También estudiamos cómo los copos de grafeno fallaron cuando se colocaron dentro de la gota», explicó Datta. «Las arrugas de grafeno se envuelven alrededor de las moléculas de agua, lo que significa que no se someten a roturas frágiles o repentinas, ni fracturas como el grafeno en un medio sin agua».
El apoyo financiero para esta investigación fue recibido de NJIT. El acceso a la supercomputadora Comet de SDSC se realizó a través de las asignaciones DMR170065 y DMR180013 del programa XSEDE (Extreme Science and Engineering Discovery Environment) de la National Science Foundation.
Acerca de SDSC
Ubicado en el campus de la Universidad de California en San Diego, SDSC es considerado un líder en computación de uso intensivo de datos y ciberinfraestructura, que brinda recursos, servicios y experiencia a la comunidad de investigación nacional, incluida la industria y el mundo académico. La ciberinfraestructura se refiere a una red accesible e integrada de recursos y experiencia basados en computadora, enfocada en acelerar la investigación y el descubrimiento científicos. SDSC admite cientos de programas multidisciplinarios que abarcan una amplia variedad de dominios, desde ciencias de la tierra y biología hasta astrofísica, bioinformática y salud. La supercomputadora petscale Comet de SDSC es un recurso clave dentro del programa XSEDE (entorno de descubrimiento de ciencias e ingeniería extremas) de la National Science Foundation.
Via: https://www.sdsc.edu/News%20Items/PR20190709_graphene_h2o.html
