UNIVERSIDAD DE LAS FUERZAS ARMADAS ESPE DEPARTAMENTO DE CIENCIAS DE LA VIDA Y DE LA AGRICULTURA INGENIERÍA EN BIOTECNOLOGÍA BIOFÍSICA NOMBRE: Villota Méndez Josué Nazair NRC: 3274 FUERZAS DE VAN DER WAALS En fisicoquímica, En fisicoquímica, las las fuerzas de Van der Waals o interacciones de Van der Waals, son las fuerzas atractivas y/o repulsivas entre moléculas entre moléculas distintas a aquellas debidas a un enlace intramolecular (Enlace iónico, Enlace iónico, Enlace metálico y enlace covalente de tipo reticular) o a la interacción la interacción electrostática de iones de iones con moléculas neutras. Dentro de estas fuerzas se encuentran:
Fuerzas de Keesom: Las fuerzas de Keesom resultan de la interacción intermolecular entre dipolos permanentes. Fueron nombradas en honor al físico neerlandés Willem Hendrik Keesom (1876 – 1956) 1956) quien fue el primero en proporcionar su formulación matemática en 1912. Las fuerzas de Keesom están relacionados principalmente con la electronegatividad. Aparecen entre dos moléculas polares, de ahí el nombre antiguo de la interacción dipolo-dipolo. dipolo-dipolo. Las fuerzas de Keesom son direccionales. Pueden ser vinculados a las interacciones Keesom, interacciones iónicas, sino como fuerzas Keesom implican sólo cargas parciales, son menos fuertes. Las fuerzas de Keesom se utilizan a menudo para explicar la evolución de ciertas propiedades físicas dependiendo del momento dipolar en una estructura de moléculas similares. De hecho, las fuerzas de Keesom juegan un papel importante en la disposición de las moléculas con respecto a la otra. Para derrotar a las fuerzas de la Keesom entre moléculas polares, es necesario traer más energía que en el caso de moléculas del mismo peso molecular pero no polar. Por lo tanto líquidos formados por moléculas polares a menudo tienen puntos de ebullición más altos que aquellos con moléculas no polares del mismo peso molecular.
Fuerzas de Debye: Fuerza entre un dipolo permanente y un dipolo inducido. Cuando un dipolo inducido (esto es, un dipolo que se induce en un átomo o una molécula que de otra manera sería no polar) interactúa con una molécula que tiene un momento dipolar permanente, esta interacción se conoce como fuerza de Debye. Un ejemplo de esta interacción serían las fuerzas entre las moléculas de agua y las de tetracloruro de carbono.
Fuerzas de London: Las fuerzas de dispersión de London, denominadas así en honor al físico germanoestadounidense Fritz London, son fuerzas intermoleculares débiles que surgen de fuerzas interactivas
entre
multipolos
temporales
en moléculas sin momento
multipolar
permanente. Las fuerzas de dispersión de London también son conocidas como fuerzas de dispersión, fuerzas de London o fuerzas dipolo-dipolo inducido. Las fuerzas de London pueden ser exhibidas por moléculas no polares debido a que la densidad electrónica se mueve alrededor de la molécula de una manera probabilística. Hay una gran probabilidad de que la densidad electrónica no esté distr ibuida por igual en una molécula apolar. Cuando los electrones están desigualmente distribuidos, existe un multipolo temporal. Este multipolo interactuará con otros multipolos cercanos e inducirá a las moléculas, pero solo son una pequeña parte de la fuerza de interacción total. La densidad electrónica en una molécula puede ser redistribuida por la proximidad de otro multipolo. Los electrones se acumularán en el lado de la molécula que encara a la carga positiva y se retirarán de la carga negativa. Entonces, puede producirse un multipolo transiente por una molécula polar cercana, o incluso por un multipolo transiente en otra molécula apolar. En el vacío, las fuerzas de London son más débiles que otras fuerzas intermoleculares tales como las interacciones iónicas, el enlace de hidrógeno, o las interacciones
permanentes
dipolo-dipolo.
Este
fenómeno
es
la
única
fuerza
intermolecular atractiva a grandes distancias, presente entre átomos neutros, y es la principal fuerza atractiva entre moléculas no polares. Sin las fuerzas de London, no habría fuerzas atractivas entre los átomos de un gas noble, y no podrían existir en la forma líquida. Las fuerzas de London se hacen más fuertes a la vez que el átomo o molécula en cuestión se hace más grande. Esto es debido a la polarizabilidad incrementada de
moléculas con nubes electrónicas más grandes y dispersas. Este comportamiento puede ejemplificarse por los halógenos
MEDICIÓN DE MOLÉCULAS 1. Análisis de dispersión de Taylor El análisis de dispersión de Taylor (TDA) es una técnica de flujo micro capilar que permite el dimensionamiento basado en solución de pequeñas moléculas, péptido y proteínas, y muestras con mezclas de estos tipos. Funciona mediante la medición del perfil de concentración en función del tiempo (o Taylorgrama) de un pulso de muestra con volumen de nanolitros inyectado en un flujo laminar de una solución reguladora compatible. A partir del análisis de este Taylorgrama, puede determinarse el coeficiente de difusión molecular y por tanto, el radio hidrodinámico de las moléculas del soluto. La absorbancia UV se utiliza para detectar moléculas objetivo en posiciones de ventana fija a lo largo del microcapilar, con diferentes longitudes de onda disponibles para optimizar la sensibilidad y la selectividad de las mediciones. La capacidad de comparar con la línea de base en relación con una solución reguladora de muestra compatible permite la caracterización sin marcadores del tamaño y la estabilidad de las biomoléculas en solución, incluso en presencia de mezclas complejas de excipientes y surfactantes, que de hecho quedan invisibles cuando se usa esta técnica. El análisis de dispersión de Taylor con la detección de imágenes de área UV ofrece mediciones de tamaño ponderadas según la masa que no se ven afectadas negativamente por la presencia de una pequeña cantidad de agregados, por lo que las muestras pueden procesarse sin dilución o filtración. El principio de una medición de dispersión de Taylor es el siguiente:
Un pequeño pulso de muestra de varios nanolitros se inyecta (en t0) en un flujo laminar de solución reguladora compatible en un microcapilar, con una presión de accionamiento constante
El pulso de muestra se amplía a medida que fluye por el microcapilar debido a la dispersión (dirección axial) y a la difusión (dirección radial)
La detección UV en ventanas fijas a lo largo del microcapilar s e utiliza para analizar la absorbancia en secciones transversales del pulso de muestra t1 a tn)
La absorbancia se grafica como una función del tiempo para crear un perfil de concentración, o Taylorgram
El ancho del Taylorgrama está relacionado con el coeficiente de difusión molecular (D) de los tipos de soluto en la muestra, y por lo tanto se puede determinar el radio hidrodinámico (Rh)
La detección de poblaciones de diferentes tamaños en mezclas (por ejemplo, monómeros y oligómeros) es posible utilizando el análisis de dispersión de Taylor gracias al uso de la detección UV, que proporciona un análisis ponderado según la masa. La capacidad de observar la contribución de una molécula mediante una propiedad que es independiente del tamaño ofrece ventajas potenciales para la caracterización de muestras complejas en el desarrollo de formulaciones. Estas muestras incluyen las generadas durante estudios de estabilidad, por ejemplo, soluciones agregadas, formulaciones cargadas de excipiente o aquellas en medios biológicos complejos.
2. Dispersión de luz dinámica La dispersión de luz dinámica (DLS), a la que a veces se hace referencia como dispersión de luz cuasi elástica (QELS), es una técnica no invasiva y bien establecida para medir el tamaño y distribución de tamaño de moléculas y partículas típicamente en la región submicrométrica, y con la última tecnología, inferiores a 1 nm. Las aplicaciones típicas de la dispersión de luz dinámica son la caracterización de partículas, emulsiones o moléculas que se han dispersado o disuelto en un líquido. El movimiento Browniano de las partículas o moléculas en suspensión hace que la luz láser se disperse en diferentes intensidades. Con el análisis de estas fluctuaciones en la intensidad se obtiene la velocidad del movimiento Browniano, y por lo tanto del tamaño de partícula mediante la relación de Stokes-Einstein. La tecnología de dispersión de luz dinámica de Malvern Instruments ofrece los siguientes beneficios:
Análisis de tamaño de partícula exacto, confiable y repeti ble en uno o dos minutos.
Medición en el ambiente nativo del material.
El tamaño de media solo requiere del conocimiento de l a viscosidad del líquido.
Las muestras turbias simples, sin preparación, de alta concentración, pueden medirse directamente.
Configuración sencilla y medición totalmente automatizada.
Medición de tamaño de tamaños inferiores a 1 nm.
Medición de tamaño de moléculas con MW < 1000 Da.
Requisito de volumen bajo (hasta 2 µl).
3. Análisis de seguimiento de nanopartículas El Análisis de rastreo de nanopartículas (NTA) utiliza las propiedades tanto de dispersión de luz como de movimiento browniano para obtener la distribución del tamaño de las partículas en muestras en una suspensión líquida. Un rayo láser se pasa a través de la cámara de la muestra, y las partículas en suspensión en el camino del haz dispersan la luz de tal manera que pueden verse fácilmente a través de un microscopio de 20 aumentos a una distancia de trabajo lejana, en el que está montada una cámara de video. La cámara captura un archivo de video de las partículas en estado de movimiento browniano. El software de Análisis de rastr eo de nanopartículas (NTA) realiza un seguimiento de muchas partículas individualmente y utiliza la ecuación Stokes-Einstein para calcular sus diámetros hidrodinámicos.
La técnica permite la medición simultánea de características múltiples que ahorran tiempo y volúmenes de muestras, al mismo tiempo que la preparación de muestras mínimas y el uso de pocos consumibles en el dispositivo reduce los costos de administración diarios.
Las aplicaciones incluyen:
Desarrollo de sistemas de introducción de medicamentos.
Vacunas virales: investigación y desarrollo.
Nanotoxicología.
Estudios de agregación de proteínas.
Caracterización de exosomas y microvesículas (vesículas extracelulares).
4. Difracción láser La difracción láser es una técnica de medición de tamaño de partícula ampliamente utilizada para materiales que van desde cientos de nanómetros hasta varios milímetros en tamaño. Las principales razones de su éxito son:
Amplio rango dinámico: rango dinámico desde submicrométrico hasta milimé trico.
Mediciones rápidas: los resultados se generan en menos de un minuto.
Repetibilidad: en cada medición se muestrea un gran número de partículas.
Retroalimentación instantánea: monitoreo y control del proceso de dispersión de partículas.
Alto rendimiento de muestras: cientos de mediciones por día. No requiere calibración: verificación sencilla con materiales de referencia estándar.
Principios La difracción láser mide las distribuciones de tamaño de partícula mediante a partir de la variación angular de la intensidad de la luz dispersada cuando un rayo láser pasa a través de una muestra de partículas dispersas. Las partículas grandes dispersan la luz en ángulos pequeños en relación con el rayo láser, y las partículas pequeñas dispersan la luz en ángulos grandes, como se ilustra a continuación. Luego se analizan los datos de la intensidad de dispersión angular para calcular el tamaño de las partículas responsables de crear el patrón de dispersión, utilizando la teoría Mie de la dispersión de luz. El tamaño de partícula se registra como un diámetro de esfera equivalente al volumen. Propiedades ópticas La difracción láser utiliza la teoría Mie de la dispersión de la luz para calcular la distribución de tamaño de partícula, suponiendo un modelo de esfera equivalente al volumen. La teoría Mie requiere que se conozcan las propiedades ópticas (índice de refracción y componente imaginario) de la muestra que se está midiendo, junto con el índice de refracción del dispersante. Por lo general, las propiedades ópticas del dispersante son
relativamente fáciles de encontrar a partir de los datos publicados, y muchos instrumentos modernos cuentan con bases de datos integradas que incluyen dispersantes comunes. Para muestras en las que no se conocen las propiedades ópticas, el usuario puede medirlas o calcularlas utilizando un enfoque iterativo basado en la bondad de ajuste entre los datos modelados y los datos reales recolectados para la muestra. Un enfoque simplificado consiste en usar la aproximación Fraunhofer, que no requiere que se conozcan las propiedades ópticas de la muestra. Esto puede proporcionar resultados exactos para partículas grandes. Sin embargo, debe utilizarse con precaución cuando se trabaje con muestras que puedan tener partículas de menos de 50 µm, o cuando las partículas sean relativamente transparentes.
5. Velocimetría filtro espacial La sonda Parsum funciona con base en un principio de conteo de partículas con fibra óptica patentado. Mide simultáneamente el tamaño de partícula y la velocidad de las partículas individuales. El instrumento es capaz de determinar el conteo y las distribuciones de tamaño de las partículas con base en estadísticas y en la técnica de velocimetría de filtro espacial. La técnica de velocimetría de filtro espacial es ampliamente reconocida, y se ha utilizado durante más de tres décadas para medir la velocidad de objetos.
No requiere de calibración.
Técnica de medición patentada.
Tamaño volumétrico y distribuciones lineales de número.
Medición constante sin interrupciones temporales en los datos.
No asume partículas esféricas.
Descripción de la velocimetría de filtro espacial Mediante el uso de la velocimetría de filtro espacial, puede extraerse el tamaño y la velocidad de las partículas a medida que pasan a través de un rayo láser y producen sombras en un arreglo de fibras ópticas
Una señal de ráfaga se genera cuando la partícula cruza haces de fibras marcadas como "ráfaga a" y "ráfaga b". La frecuencia de esta señal se mide con fotodetectores y es proporcional a la velocidad de la partícula v. Si se conoce la constante de filtro espacial g, se puede calcular la velocidad v. Cuando la partícula pasa por el rayo, se genera una señal de "pulso" secundaria desde una sola fibra óptica. Si se conoce el tiempo t de la señal de pulso y la velocidad v de la partícula en movimiento, se puede calcular la longitud de cuerda x de la partícula. El tamaño real de la partícula depende de la forma y trayectoria de la misma a medida que pasa por el láser. El valor medido representa una longitud de cuerda (figura 2). Mediante la acumulación de resultados de partículas individuales (por lo general de 3000 a 10,000 partículas durante un período de 30-120 segundos), se calculan las distribuciones de longitud de cuerda y velocidad. Pueden correlacionarse parámetros derivados de la distribución de longitud de cuerda, por ejemplo X(10), X(50) y X(90), con otros resultados del analizador de tamaño de partícula.
BIBLIOGRAFÍA
Fuerzas de Van de Waals. (2017, 25 de noviembre). Wikipedia, La enciclopedia libre . Fecha de consulta, enero 07, 2018 desde https://es.wikipedia.org/wiki/Fuerzas_de_Van_der_Waals Fuerzas de Keesom. (2017, 27 de noviembre). Wikipedia, La enciclopedia libre . Fecha de consulta, enero 07, 2018 desde https://es.wikipedia.org/wiki/Fuerzas_de_Keesom Fuerzas de London. (2017, 24 de noviembre). Wikipedia, La enciclopedia libre . Fecha de consulta, enero 07, 2018 desde https://es.wikipedia.org/wiki/Fuerzas_de_London Recuperado, enero 07, 2018 de https://www.malvern.com/es/products/technology/spatial-filter-velocitmetry/ Recuperado, enero 07, 2018 de https://www.malvern.com/es/products/technology/laser-diffraction/ Recuperado, enero 07, 2018 de https://www.malvern.com/es/products/technology/nanoparticle-tracking-analysis/
