quarta-feira, 16 de setembro de 2009

Dia 16 de setembro de 2009

Do artigo "Simulations of self-assembling systems", Raj Rajagopalan, Current Opinion in Colloid & Interface Science 6 (2001) 357-365

Este artigo traz importantes definições e explicações sobre self-assembly e comenda sobre os propósitos da simulação de forma bastante detalhada, de modo que parte do artigo eu não entendi nada ainda.

1. Escopo

A complexidade estrutural dos agregados e fases auto-organizados, sua relação com as interações subsequentes energéticas e entrópicas e os mecanismos de relaxação competidores são bastante conhecidos. Portanto, a necessidade de métodos teóricos e computacionais que tornam mais fácil a interpretação de observações experimentais e servem como ferramentas de predileção são aparentes.
(...)
O termo self-assembly (auto-organização) é ainda mais amplo e se aplica à agregação espontânea e à formação de ordem de constituintes quando eles são misturados em proporções corretas sob condições apropriadas. O processo é reversível e representa um equilíbrio termodinâmico. Mudanças estruturais adicionais também podem ocorrer quando os constituintes estão sujeitos a forças de não-equilíbrio (p.ex., cisalhamento). O processo de auto-organização tem um importante papel em um número de contextos largamente variáveis e os componentes envolvidos podem ser surfactantes sintéticos (p.ex., copolímeros em bloco e surfactantes de cadeias curtas) ou espécies biológicas (p.ex., auto-organização de cadeias duplas de DNA a partir de duas cadeias complementares de oligonucleotídeos, a organização de moléculas de lipídio para formar duplas-camadas e membranas, o dobramento de proteínas e a estereoseletividade presente em várias moléculas receptoras).
(...)
Portanto, um interessante aspecto das simulações dos sistemas auto-organizados é a busca emergente de métodos mesoscópicos (dinâmica de partículas dissipativa - DPD e métodos de gás-rede ou Boltzmann-rede), que buscam conectar fenômenos microscópicos com aspectos macroscópicos (particularmente de dinâmica dos fluidos).

2. Por que simulações?

Simulações não são a panacéia, e elas não substituem teorias, e certamente não experimentos. As simulações são mais bem vistas como experimentos de computador (virtuais) que servem como adjuntos à teoria e a experimentos reais e provêem, por outro lado, informações microscópicas ou macroscópicas inacessíveis (ou não facilmente acessíveis) que teóricos e experimentais podem usar.

Experiências mostram que até mesmo simulações curtas (...) provêem um caminho útil em relação ao tamanho, forma, rugosidade de superfície e estrutura interna dos agregados e podem ainda ajudar a esclarecer observações experimentais. As simulações podem também ser úteis em situações nas quais os experimentos podem ser inviáveis (p.ex., sistemas a altas temperatuas ou pressões). As simulações da auto-organização de surfactantes pode também prover importantes dicas na física dos processos fundamentais, como a geometria de superfícies aleatórias, estrutura e dinâmica de superfícies amassadas e transições de fases em membranas. Ainda, como já citado, técnicas de modelamento mediadas por surfactantes têm muito a oferecer para a síntese de novos materiais nano-estruturados.

3. Citação sobre simulações mesoscópicas

(...) Primeiramente, os modelos mesoscópicos são assim chamados porque retêm (ou iniciam de) alguns dos elementos da abordagem microscópica (p.ex., alguma forma de forças de interação de pares efetiva definida adequadamente, uma equação tipo Langevin governando equações de movimento, etc.), enquanto buscam um comportamento em macroescala (p.ex., dinâmica do crescimento de clusters ou dinâmica do contínuo de Navier-Stokes).
(...) A dinâmica de partículas dissipativas (DPD), introduzida no início dos anos de 1990, e reformulada depois para sua forma atual, é talvez o métodos mesoscópico para sistemas de surfactantes.

4. Citação sobre microescala, simulações atomísticas

Apesar das simulações MD (de dinâmica molecular) anteriores terem tido sucesso ao predizer distribuições de tamanho, detalhes estruturais dos agregados, condições de micelização, etc., elas muitas vezes ignoraram detalhes de nível molecular como ion binding e especificidade química. (...)

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