Un estudio innovador sobre las propiedades del agua
El agua, una molécula esencial para la vida, presenta propiedades inusuales —conocidas como anomalías— que definen su comportamiento. A pesar de su importancia, persisten incógnitas acerca de los mecanismos moleculares que explican estas anomalías, que hacen única a esta sustancia. Comprender y reproducir el comportamiento del agua en distintos rangos de temperatura sigue siendo un gran reto para la comunidad científica.
Recientemente, un equipo de investigadores ha presentado un nuevo modelo teórico diseñado para superar las limitaciones de metodologías anteriores en la comprensión del comportamiento del agua bajo condiciones extremas. Este trabajo ha sido destacado en la portada de la revista The Journal of Chemical Physics, liderado por Giancarlo Franzese y Luis Enrique Coronas, ambos pertenecientes a la Facultad de Física y al Instituto de Nanociencia y Nanotecnología de la Universidad de Barcelona (IN2UB).
Este estudio no solo amplía nuestra comprensión sobre la física del agua, sino que también tiene importantes implicaciones en tecnología, biología y biomedicina, especialmente en el tratamiento de enfermedades neurodegenerativas y el desarrollo de biotecnologías avanzadas.
El modelo CVF: una nueva perspectiva sobre el agua
La investigación se basa en la tesis doctoral presentada por Luis E. Coronas en 2023 y introduce un nuevo modelo teórico conocido como CVF, acrónimo formado por las iniciales de los apellidos de los investigadores involucrados. Este modelo se distingue por ser fiable, eficiente, escalable y transferible, e incorpora cálculos cuánticos ab initio que logran reproducir con precisión las propiedades termodinámicas del agua bajo diversas condiciones.
A través del uso del nuevo marco teórico, el estudio revela que “existe un punto crítico entre dos formas líquidas de agua”, lo cual es fundamental para entender las anomalías que hacen al agua esencial para la vida y diversas aplicaciones tecnológicas. Así lo explica el profesor Giancarlo Franzese, quien resalta que aunque esta conclusión ya había sido alcanzada anteriormente, el modelo desarrollado ofrece características únicas.
Además, algunos modelos actuales no logran reproducir adecuadamente propiedades termodinámicas clave del agua. Sin embargo, el modelo CVF supera este obstáculo al incorporar resultados obtenidos mediante cálculos cuánticos sobre interacciones moleculares complejas.
Nuevas oportunidades en biotecnología y salud
Las interacciones cuánticas entre moléculas son fundamentales para entender cómo las fluctuaciones en densidad, energía y entropía afectan al agua a escalas nanométricas y macroscópicas.
Según Luis E. Coronas, “el agua regula el intercambio energético y molecular dentro de las células”, lo cual es crucial para procesos biológicos esenciales. Se sospecha que alteraciones en estos procesos pueden estar relacionadas con enfermedades graves como el Alzheimer o el Parkinson. Por ello, comprender cómo estas fluctuaciones influyen podría ser clave para desarrollar tratamientos efectivos.
El modelo CVF también permite realizar cálculos donde otros modelos fallan debido a su alta carga computacional o desviaciones significativas respecto a resultados experimentales. En términos tecnológicos, se están explorando aplicaciones como actuadores mecánicos basados en interacciones cuánticas del agua o memorias acuosas con capacidades mucho mayores que las actuales.
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