¿Cómo suena un polímero que se hunde?
La tecnología del sonido revela lo que la visualización no puede lograr
Anuncios
No es fácil seguir en tiempo real las interacciones de grandes moléculas con el agua. Pero esto puede ser más fácil de oír que de ver. Así es como un equipo internacional descifró el papel del agua en el colapso del PNIPAM.
Algunos polímeros reaccionan a su entorno con cambios conformacionales: uno de ellos es el polímero PNIPAM, abreviatura de poli(N-isopropilacrilamida). Es soluble en agua por debajo de unos 32 grados centígrados, pero por encima de esta temperatura precipita y se vuelve hidrófobo. Esto la cualifica para aplicaciones de sensores inteligentes. Pero, ¿qué ocurre realmente entre la PNIPAM y el disolvente agua? Investigadores de la Universidad Ruhr de Bochum (Alemania) y la Universidad de Illinois Urbana Champaign colaboraron con especialistas en producción de sonido de Symbolic Sound Corporation para investigar esta cuestión. Gracias a la representación sonora, pudieron descifrar por primera vez la interacción de las moléculas de agua con la PNIPAM. Informan de sus hallazgos en la revista Proceedings of the National Academy of Sciences PNAS del 4 de febrero de 2026.
El agua mueve los hilos
El papel del disolvente, el agua, suele pasar a un segundo plano cuando los investigadores analizan el movimiento de polímeros como las proteínas o la PNIPAM de ingeniería humana. "Sin embargo, el agua forma enlaces de hidrógeno entre las moléculas de agua y entre el agua y el polímero, y estos enlaces de hidrógeno organizan tanto la estructura del agua como la del polímero", afirma la profesora Martina Havenith-Newen, titular de la Cátedra de Química Física II de la Universidad del Ruhr de Bochum y portavoz del Clúster de Excelencia RESOLV de Solvation del Ruhr. "El agua desempeña un papel importante en la forma en que los polímeros se expanden o contraen o se pliegan dentro del disolvente".
Científicos de la Universidad del Ruhr de Bochum, especialistas en sonificación de Symbolic Sound Corporation e investigadores de la Universidad de Illinois Urbana Champaign se unieron para ver cómo se contrae y expande la PNIPAM en el agua, el disolvente universal del cuerpo humano, y cuál es el papel del agua en este proceso. Para ello, el investigador postdoctoral Wanlin Chen, fundado con el programa Henriette Scout de la fundación Alexander von Humboldt, realizó largas simulaciones con superordenadores que siguen el movimiento de la PNIPAM en el agua durante miles de millones de pasos temporales.
El sonido es la clave
El enigma estaba en el análisis de los datos: hay miles de moléculas de agua alrededor de la PNIPAM, y forman y rompen cientos de enlaces de hidrógeno con ella todo el tiempo, por lo que era difícil de visualizar mediante la visualización informática convencional. El equipo recurrió a Carla Scaletti y Kurt Hebel, que están desarrollando Auditory Analytics, una técnica que utiliza la sonificación (conversión de datos en sonido) de forma complementaria a la visualización (conversión de datos en vídeos o imágenes). "La sonificación tiene la ventaja de que, con series temporales complejas de datos, el cerebro humano es muy bueno discerniendo patrones en formas de onda de audio que surgen de muchos eventos casi simultáneos", explica Martin Gruebele, profesor invitado también financiado por la fundación Alexander von Humboldt.
Gracias a la sonificación, los investigadores descubrieron que la PNIPAM, al contraerse, no forma muchos enlaces directos de hidrógeno, sino que su estructura está organizada por "puentes de agua", en los que una molécula de agua une dos partes de la PNIPAM. La propia PNIPAM también forma un enlace inusual en el que a átomos de hidrógeno pegados a átomos de nitrógeno se alinean. Todo esto podía oírse y diferenciarse cuando se asignaban diferentes sonidos a distintos tipos de enlace, incluso cuando docenas de esos enlaces se forman y disuelven en un momento dado.
El análisis cuantitativo de seguimiento de la simulación por ordenador reveló que los puentes de agua no son aleatorios, sino que se correlacionan entre sí a medida que la PNIPAM se colapsa hasta adquirir una forma compacta, pero con el agua tirando de los hilos en el proceso, no tanto los contactos directos de la PNIPAM. "La investigación nos ayuda a entender cómo surge el comportamiento inusual de algunos polímeros, tan útiles en aplicaciones biomédicas y de detección", afirma Martina Havenith.
Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.
Publicación original
Más noticias del departamento ciencias
