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El departamento se creó en 1976 al fundarse el Instituto de Estructura de la Materia
El Departamento de Física Macromolecular del Instituto de Estructura de la Materia reúne a un
grupo de científicos cuyo objetivo es la investigación de la conformación, dinámica y estructura
de los sistemas macromoleculares en la escala nanométrica y su influencia en las propiedades
macroscópicas de los mismos
Física de la Materia Blanda y Polimérica (SOFTMAT)
Nanoestructura y Propiedades de Polímeros (NANOPOL)
Biofísica de Sistemas Macromoleculares (BIOPHYM)
Nanoestructura y propiedades físicas de polímeros
Movilidad y orden en sistemas macromoleculares
Luz sincrotrón para estudio de polímeros y materiales nanoestructurados
Simulación multiescala de materiales poliméricos y macromoléculas biológicas
Biofísica
http://www.iem.cfmac.csic.es/fmacro/
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Partículas Elementales y Átomos
Moléculas y Macromoléculas
Materia y Universo
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Largas y flexibles Ovillo estadístico
Enmarañamientos Plegado y orden macromolecular
Jerarquía conformacional y estructural
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Flujo y procesado
Conformación y Dinámica Molecular
Estructura Modelos
microscópicos
Viscoelasticidad Nanoestructura
Jerarquía fenomenológica
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Grupos de investigación Física de la Materia Blanda y Polimérica (SOFTMAT)
o Dispersión y difracción de rayos X a ángulos grandes (WAXS), pequeños (SAXS), ultra-
pequeños (USAXS) y con incidencia rasante (GISAXS) en radiación sincrotrón
o Sincrotrón español ALBA
o Dispersión de neutrones
o Calorimetría diferencial de barrido
o Microscopía óptica, de barrido (SEM) y de fuerza atómica (AFM)
o Nanoimpresión
o Espectroscopía dieléctrica de banda ancha
o Polímeros semicristalinos, Nanorejillas poliméricas, Superficies nanoestructuradas de polímeros,
Materiales compuestos conductores de nanotubos de carbono o grafeno, Confinamiento,
Conformación de materia blanda biológica.
http://www.iem.cfmac.csic.es/fmacro/softmatpol/
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Nanoestructura y Propiedades de Polímeros (NANOPOL)
o Dispersión y difracción de Rayos X (radiación sincrotrón)
o Calorimetría diferencial de barrido
o Microscopía óptica
o Propiedades mecánicas
o Micro y nanoindentación
o Materiales poliméricos, Nanocompuestos, Materiales confinados, Membranas y
Polielectrolitos
Grupos de investigación
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Biofísica de Sistemas Macromoleculares (BIOPHYM)
o Propiedades en disolución (separación por tamaño y dispersión de luz)
o Análisis mediante fraccionamiento por temperatura de cristalización
o Calorimetría diferencial de barrido
o Dispersión y difracción de rayos X
o Microscopía óptica y electrónica de barrido y transmisión (STEM) y de fuerzas atómicas (AFM)
o Análisis dinamo-mecánico y propiedades mecánicas
o Reometría: viscoelasticidad y flujo
o Simulaciones mediante uso de computación de alto rendimiento
o Polímeros sintéticos y mezclas, Nanocompuestos poliméricos, Proteínas (EGFR, reflectina,
SOS), Interacción receptores-membrana lipídica, Líquidos iónicos
http://www.biophym.iem.csic.es/biophym/
Grupos de investigación
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Simulación y Experimentos en Física Macromolecular: Polímeros
Sintéticos y Biomacromoléculas.
J.F. Vega
XII Curso de Iniciación a la investigación
Biophym-Física Macromolecular (IEM-CSIC)
24 de Marzo de 2015
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Síntesis
Arquitectura molecular
Procesado
La Cadena de Conocimiento en Macromoléculas
Dinámica molecular
Propiedades
Estructura
Simulación Catalizador/Proceso
Simulación Estructura/Propiedades
Simulación procesado (Viscoelástico-FEM)
Simulación Arquitectura/Dinámica
Atomística MC/DM/mesoescala
Cuántica: Ab-initio
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Modelización de las reacciones de
polimerización mediante
catalizadores organometálicos.
Síntesis de polímeros modelo.
Copolimeros de
etileno y metacrilato.
Biocompatibilidad
Comportamiento viscoelástico y
dinámica molecular de polímeros
sintéticos
Procesabilidad Viscoelasticidad y
Teorías de
cristalización Propiedades
mecánicas
Cristalización de polímeros en disolución.
Efecto de la arquitectura molecular
z
x
z
x
10-4
10-2
100
102
104
103
104
105
106
107
G(t
) P
a
t (seconds)
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ErbB2 ErbB3
Proteínas relacionadas con procesos
cancerígenos
Reconstrucción de estructuras
tridimensionales de proteínas
obtenidas por microscopia
electrónica
Propiedades hidrodinámicas
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Estudio conformacional de
dipéptidos como base del estudio
de neuropéptidos.
• Mecanismos nerviosos del aprendizaje y la memoria
• Regulación de la ingesta de comida y bebida
• Comportamiento sexual
• Control del dolor
Proteínas del Sistema Nervioso Central. Receptores cannabinoides CB1 y CB2
Box size: 12.6nm x 13.1nm x 12.4nm
~ 162000 atoms
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w (rad/s)
T (Nm)
R
d
Fluid
Wall
Wall
Before: Wall at Rest
Fluid
Wall
Wall
After: Top Wall Set in motion
induces shear stress
F
Velocity, v
shear rate = v/d
d
1.Viscoelasticidad y dinámica Reología
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102
103
104
105
106
107
10-3
10-1
101
103
105
107
109
T=190ºC
PE
PP
PS
o / P
a
Mw / g mol
-1
Largas y flexibles
Ovillo estadístico
Mc=2Me
Me=rRT/GN0
Edwards, 70’s
de Gennes, 1979 (Nobel, 1991)
Reptación Los ovillos se enmarañan
td
te
t0
1
3.4 Mc
tR
GN0
1.Viscoelasticidad y dinámica Reptación
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Parámetros de la red de enmarañamientos
Reptación
2
21
/
oN
M,twFG
tG
ddoddp
texp
tpexpM,tF
tt
2
2p
1
td=3te(M/Me)3 [1-(Me/M)0.5]2
z0 es una propiedad específica que expresa la dificultad de los segmentos de cadena a difundir por el ambiente: depende de la química de la cadena y la temperatura, y su valor absoluto no puede predecirse ni medirse experimentalmente. Algo similar ocurre con Me, la distancia entre puntos de enmarañamiento.
0B2
22e0
eTmk3
M
RM
zt
1.Viscoelasticidad y dinámica Reptación
te
dT dT Me
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1.Viscoelasticidad y dinámica Dispersión de Neutrones
SNS, Oak Ridge, Tenesse USA
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Leyes de escala: difusión monomérica
Reptation
Tube Equilibration
Fickean
Entanglement
Rouse
-Instalaciones especializadas: reactor nuclear o fuente de espalación -Tiempo de experimento muy elevado
-Necesidad de extrema estabilidad instrumental -Muestras deuteradas en gran cantidad (señal/ruido)
dT=4.0 nm
1. Viscoelasticidad y dinámica Dispersión de Neutrones
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SYNERGY BETWEEN EXPERIMENT/SIMULATION
SIMULATOR
EXPERIMENTALIST
THEORY
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1.Viscoelasticidad y dinámica Simulación asistida por ordenador
Construcción y equilibrado de las estructuras mediante métodos Monte Carlo (movimientos concertados al azar hasta que las propiedades permanecen
invariables, por ejemplo la distancia entre extremos de cadena o el radio de giro)
20 cadenas de 1000 átomos
Caja de simulación: T, 1 atm Construcción de las cadenas (PE)
R0
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1.2 1.8 2.4 3.0 3.6 4.2 4.8
1.6
2.0
2.4
2.8
Reptation
Free Rouse
Experiments
Simulations
Theory
te
1/2
1/4
log g
1(t
) (A
2)
log t (ps)
Comparación Experimentos/Simulación/Teoría Validación de resultados
1.Viscoelasticidad y dinámica Simulación asistida por ordenador
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Efecto de la Ramificación: 0, 19 y 55 ramas butilo/1000 C
Muestra dT
(nm)
te
(ns)
PE00 3.30 1.95
PE19 3.64 (3.98) 4.10
PE55 4.48 30.0
1. Viscoelasticidad y dinámica Simulación asistida por ordenador
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14 15 16 17 180.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
1.2
0/
0L
mb (g mol
-1)
Predicción
Experimentos
25.0
e
e
3
e
w0
M
τ1
M
MRTρ0064.0η
Modelos moleculares ramificados sintetizados en laboratorio mediante SSC Ramificaciones entre 0 y 43 ramas butilo / 1000 átomos de carbono
Experimental SEC
T= 463 K
1. Viscoelasticidad y dinámica Simulación asistida por ordenador
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2. Procesos de cristalización de polímeros
Plegado
OM TEM AFM
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2. Procesos de cristalización de polímeros
Simulación del proceso de plegado
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2. Procesos de cristalización de polímeros
Efecto de las condiciones y la arquitectura
z
x
z
x
Enfriamiento lento
Enfriamiento rápido
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2. Procesos de cristalización de polímeros
Efecto de las condiciones y la arquitectura
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1 mm
2. Procesos de cristalización de polímeros
Microscopia Electrónica de Transmisión
z
x
z
x
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2.Procesos de cristalización de polímeros
Nanotubos de carbono
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3. Biofísica Macromolecular
ErbB2 ErbB3
Proteínas relacionadas con procesos
cancerígenos
Reconstrucción de estructuras
tridimensionales de proteínas
Propiedades hidrodinámicas.
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Técnicas experimentales
ErbB2
TZM
ECD
TEM Cromatografía+LS Simulación
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Sample grid
Image Reconstruction
Microscopia Electrónica de Transmisión
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ErbB2/TZM (Complex C1) This is a flexible complex: reconstruction still not possible
250 kDa
Anticuerpo (TZM) ErbB2 Complex C1
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Protein Mw [] (ml/g) rh (nm) Weight fraction (%)
Monomer 66.4 3.3 3.3 87.0
Dimer 136 5.0 4.8 11.5
Trimer 204 - - 1.5
RI/UV DP LS
BSA
Chromatography and Tetradetection Concentration, absolute Mw, molecular size and flexibility, radius of gyration
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101
102
103
100
101
102
103
104
Erbb2
TZM
BSA
Complex2
Complex1
Flexible biopolymer (HA)
[
] (m
l/g)
Mw (kDa)
Globular proteins
Flexibilidad macromolecular
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![Page 36: Nanoestructura y propiedades físicas de polímeros ......El departamento se creó en 1976 al fundarse el Instituto de Estructura de la Materia El Departamento de Física Macromolecular](https://reader030.vdocumento.com/reader030/viewer/2022041009/5eb4667f3be0b636ba4fd233/html5/thumbnails/36.jpg)
Molecular dynamics of the complete system
ErbB2 dimer + TZM
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http://www.biophym.iem.csic.es/biophym
¿Quieres
ser tú?