Des chercheurs de la North Carolina State University ont développé un nouvel outil de calcul qui permet aux utilisateurs d'effectuer des simulations de nanoparticules magnétiques multifonctionnelles avec des détails sans précédent. Cette avancée ouvre la voie à de nouveaux travaux visant à développer des nanoparticules magnétiques à utiliser dans des applications allant de l'administration de médicaments aux technologies de détection.

"Les nanoparticules magnétiques auto-assemblées, ou MNP, ont de nombreuses propriétés souhaitables", déclare Yaroslava Yingling, auteur correspondant d'un article sur les travaux et professeur émérite de science et d'ingénierie des matériaux à NC State. "Mais il a été difficile de les étudier, car les modèles informatiques ont eu du mal à tenir compte de toutes les forces qui peuvent influencer ces matériaux. Les MNP sont soumis à une interaction compliquée entre les champs magnétiques externes et van der Waals, électrostatique, dipolaire, stérique, et les interactions hydrodynamiques."

De nombreuses applications des MNP nécessitent une compréhension de la façon dont les nanoparticules se comporteront dans des environnements complexes, comme l'utilisation de MNP pour délivrer une protéine ou une molécule médicamenteuse spécifique à une cellule ciblée affectée par un cancer à l'aide de champs magnétiques externes. Dans ces cas, il est important de pouvoir modéliser avec précision la façon dont les MNP répondront à différents environnements chimiques. Les techniques de modélisation informatique précédentes qui examinaient les MNP n'étaient pas en mesure de tenir compte de toutes les interactions chimiques subies par les MNP dans un environnement colloïdal ou biologique donné, se concentrant plutôt principalement sur les interactions physiques.

"Ces interactions chimiques peuvent jouer un rôle important dans la fonctionnalité des MNP et dans la façon dont elles réagissent à leur environnement", explique Akhlak Ul-Mahmood, premier auteur de l'article et titulaire d'un doctorat. étudiant à NC State. "Et la modélisation informatique détaillée des MNP est importante car les modèles nous offrent une voie efficace pour concevoir des MNP pour des applications spécifiques.

"C'est pourquoi nous avons développé une méthode qui tient compte de toutes ces interactions et créé un logiciel open source que la communauté scientifique des matériaux peut utiliser pour l'implémenter."

"Nous sommes convaincus que cela facilitera de nouvelles recherches importantes sur les MNP multifonctionnels", déclare Yingling.

Pour démontrer la précision du nouvel outil, les chercheurs se sont concentrés sur les nanoparticules de magnétite fonctionnalisées par un ligand d'acide oléique, qui ont déjà été étudiées et sont bien comprises.

"Nous avons constaté que les prédictions de notre outil sur le comportement et les propriétés de ces nanoparticules étaient cohérentes avec ce que nous savons de ces nanoparticules sur la base d'observations expérimentales", déclare Mahmood.

De plus, le modèle a également offert de nouvelles informations sur le comportement de ces MNP lors de l'auto-assemblage.

"Nous pensons que la démonstration montre non seulement que notre outil fonctionne, mais met également en évidence la valeur supplémentaire qu'il peut apporter en nous aidant à comprendre comment concevoir au mieux ces matériaux afin de tirer parti de leurs propriétés", déclare Yingling.

L'article, "All-Atom Simulation Method for Zeeman Alignment and Dipolar Assembly of Magnetic Nanoparticles", est publié dans le Journal of Chemical Theory and Computation . + Explorer plus loin

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