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La curiosa historia del polietilenglicol y el dextrano: ¿por qué se separan estos compuestos solubles en agua?
El sistema bifásico acuoso (ABS) formado por la combinación de dos compuestos solubles en agua, polietilenglicol (PEG) y dextrano (Dextran), es sin duda una herramienta indispensable en la industria biotecnológica y química. Este sistema no sólo puede separar eficazmente diferentes biomoléculas, sino que también funciona sin dañarlas, lo que proporciona buenas condiciones para la investigación y las aplicaciones industriales.
Principios básicos de los sistemas acuosos bifásicos
Los sistemas bifásicos acuosos constan de dos componentes solubles en agua incompatibles. Cuando estos componentes se mezclan a la concentración o temperatura adecuada, se forman dos fases distintas. Esta propiedad hace que estos sistemas sean extremadamente valiosos para aplicaciones en bioquímica e ingeniería. En el siglo XX, algunos científicos descubrieron experimentalmente que ciertos polímeros formaban una separación de fases en el agua cuando se combinaban con sales, lo que allanó el camino para investigaciones científicas posteriores.
Características del sistema PEG-DEX
El PEG se encuentra en la capa superior, aunque suele ser más denso que el agua. Esto se debe a las propiedades de "clasificación de disolventes" del PEG, que pueden excluir el exceso de agua y crear un entorno acuático de baja densidad.
En el sistema PEG-DEX, la capa superior formada por polietilenglicol es menos densa que la capa inferior formada por dextrano. Este fenómeno tiene mucho que ver con su estructura molecular y sus interacciones. La distribución de dos moléculas en agua que tienen menos probabilidades de encontrarse también afecta su comportamiento de separación de fases, lo que muestra nuevamente la complejidad de estos sistemas.
Ventajas de los sistemas bifásicos acuosos
Los sistemas acuosos de dos fases tienen muchas ventajas sobre las tecnologías tradicionales de extracción con disolventes orgánicos:
- Evitar el uso de compuestos orgánicos volátiles y reducir la contaminación ambiental.
- El uso de condiciones suaves para la extracción reduce el riesgo de dañar biomoléculas sensibles.
- La presión de la interfaz de fase es baja durante el proceso de extracción, lo que reduce en gran medida el daño a las moléculas objetivo.
- La eficiencia de separación de compuestos específicos se puede mejorar de manera específica ajustando factores como la temperatura y la concentración del polímero.
Esto hace que la tecnología sea especialmente adecuada para el procesamiento posterior en biotecnología, desempeñando un papel clave en la producción industrial de enzimas.
Modelado termodinámico y su importancia
Para describir y predecir con precisión las condiciones de equilibrio líquido-líquido en ingeniería y diseño, son fundamentales buenos modelos termodinámicos. Como reflejo de la complejidad de la interacción de polímeros, electrolitos y agua en sistemas de polímero/sal, estos modelos deben ser altamente confiables para aplicaciones prácticas.
Se ha demostrado que diferentes modelos, como NRTL, Chen-NRTL, etc., reproducen con éxito los datos de la línea de arrastre de sistemas bifásicos acuosos de polímero/sal.
Los parámetros termodinámicos precisos ayudan a los científicos a realizar los experimentos y diseños necesarios para garantizar la eficacia en aplicaciones industriales.
Perspectiva de la aplicación
Con el rápido desarrollo de la biotecnología y las industrias relacionadas, el sistema acuoso de dos fases de polietilenglicol y dextrano se utilizará cada vez más en campos como la separación de iones metálicos y la remediación ambiental. Por lo tanto, los científicos continúan explorando posibles aplicaciones de nuevos materiales y optimizando el rendimiento de los sistemas originales, lo que mejorará aún más la efectividad y la economía de estas tecnologías.
Al igual que en el camino de la exploración científica, a medida que nuestra comprensión de los sistemas bifásicos de fase acuosa se profundice, ¿cómo afectarán nuestra tecnología futura?
