Estudo computacional da termodinâmica de associação de sistemas auto-organizados

Resumo

O presente projeto de pesquisa descreve o estudo teórico computacional dos potenciais termodinâmicos responsáveis pela formação espontânea de estruturas autoassociadas e auto-organizadas em solução aquosa. A proposta prevê a realização de simulações de dinâmica molecular para o estudo de um sistema prototípico de micelas de moléculas anfifílicas. Sistemas como este apresentam tempos de relaxação proibitivamente longos, de modo que a associação espontânea não pode em geral ser observada no curso de uma simulação computacional típica de dinâmica molecular quando se utilizam potenciais realistas, pois a superfície de potencial se torna complexa demais para ser amostrada na duração total atingida na integração das equações de movimento. Esta dificuldade é particularmente real para o cálculo de propriedades entrópicas, visto que a entropia não pode ser obtida como uma média de ensemble, sendo necessário, em princípio, que se conheçam todos os estados acessíveis ao sistema em seu espaço de fase. Assim, nossa proposta de investigação foca na utilização técnicas alternativas para se estudar os potenciais termodinâmicos, inclusive os entrópicos, ao longo de coordenadas de reação que descreve a associação/dissociação de moléculas de surfactante em micelas. Especificamente, serão realizadas simulações de dinâmica molecular com potencial de umbrella sampling para mapear o potencial de força média ao se remover uma molécula dos agregados estudados. O potencial de força média descreve a variação de energia de Gibbs ao longo da coordenada de reação, podendo ser separado em suas componentes entálpica e entrópica. Também é possível se separar as contribuições da cabeça e da cauda apolar, avaliando-se de maneira quantitativa e inédita o efeito de cada porção da molécula sobre a termodinâmica do processo. (AU)