Con modelos de cómputo buscan nuevos materiales contra la contaminación

Con el objetivo de contribuir en el combate a la contaminación, el doctor Héctor Domínguez Castro, investigador titular C del Instituto de Investigaciones en Materiales de la Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM), se dio a la tarea de indagar sobre las propiedades de los surfactantes —agentes químicos activos con la propiedad de reducir la tensión superficial de un fluido— para retener partículas contaminantes presentes en el agua o en superficies sólidas.

El doctor, quien también pertenece al Sistema Nacional de Investigadores (SNI) con nivel II, explicó que los surfactantes o tensoactivos, como también se les conoce, cuentan por naturaleza con un cabeza polar, afín al agua, y una cola hidrocarbonada, que no le gusta el agua, lo que les permite tener mayor afinidad a ciertas moléculas y menor afinidad con otras. “A partir de ese principio básico, estamos realizando simulaciones computacionales para tratar de definir su potencial para retener agentes contaminantes muy específicos”.

—¿Eso qué significa?

—Básicamente que nosotros observamos la estructura de una molécula, vemos cómo funciona y hacemos una simulación computacional a nivel molecular, a través de una técnica que se llama dinámica molecular, mediante la cual resolvemos las ecuaciones de movimiento de las moléculas surfactantes con todas las que interaccionan a su alrededor, por ejemplo, de agua y de los propios agentes contaminantes. Para el caso de nuestra investigación, hemos comenzado con la modelación para partículas metálicas de cadmio (Cd), plomo (Pb) y moléculas orgánicas como el fenol.

Al respecto, Héctor Domínguez mencionó que esta es una línea de investigación en la que ya tiene tiempo trabajando, la cual comenzó analizando las propiedades hidrofóbicas e hidrofílicas de las moléculas surfactantes, es decir, estudiando esa parte de los surfactantes que les gusta el agua y la parte que no.

Detalló que fue así como se le ocurrió investigar si esa propiedad se podría aprovechar para atrapar, de manera selectiva, partículas contaminantes tanto dentro del agua como fuera de ella, es decir, para atrapar partículas contaminantes en otros medios. “Así como la mugre es atrapada por los jabones, creemos que las moléculas contaminantes pueden ser atrapadas por los surfactantes”.

Las primeras simulaciones

El proyecto arrancó con simulaciones sencillas de moléculas modelo, en una primera instancia para probar la técnica; una vez que se identificó que la técnica tenía potencial, se comenzó con el uso de partículas de cadmio, para la cual se hicieron las simulaciones correspondientes en medios acuosos en una primera etapa, y para superficies sólidas en una segunda etapa. “Estamos colocando surfactantes para remover el cadmio de diversas superficies contaminadas”.

A esa fase del proyecto se sumaron nuevas simulaciones para otras partículas que también son «complicadas», tales como dióxido de carbono (CO₂), para la cual se realizan modelos con diferentes tipos de surfactantes y así encontrar el más efectivo para retener dichas partículas. Derivado de ese trabajo, el principal hallazgo radica en que existen surfactantes que sí cuentan con gran potencial para retener partículas contaminantes.

“Incluso son mucho más eficientes y menos costosos que los métodos tradicionales; no obstante, estamos en una etapa en la que continuaremos probando estos resultados con otro tipo de moléculas. Asimismo, debemos precisar que esto se ha probado a través de simulaciones y que ya estamos dando los primeros pasos para corroborar nuestros resultados a nivel laboratorio”.

Al respecto, el miembro del SNI dijo que se están llevando a cabo, de manera paralela, las simulaciones computacionales y los experimentos en laboratorio y lo que se busca con ellos es confirmar en la experimentación los resultados de las simulaciones. “Si nuestros modelos son buenos, nosotros podemos hacer una propuesta de aquellos surfactantes que pueden tener esta aplicación, para que el siguiente paso a la fase experimental sean las propuestas tecnológicas para su aplicación”.

Fuente: CONACYT.