La adsorción de diferentes especies de dopamina sobre Ag(111): un estudio teórico del grado de protonación y del efecto del campo eléctrico

A. C. ROSSI FERNÁNDEZ ; N. J. CASTELLANI ; L. A. MEIER ; N. F. DOMANCICH

Bahía Blanca

Jornada; IX Jornadas Abiertas de Física; 2018

Departamento de Física - Universidad Nacional del Sur

La dopamina (DA) es una catecolamina cuyas moléculas se enlazan a receptores superficiales de las células en humanos y mamíferos, activándolos. Como neurotrasmisor cumple un importante papel fisiológico en los sistemas nervioso central, renal y hormonal. Por lo tanto es de sumo interés médico y farmacológico estudiar las interacciones en las que esta molécula biológica está involucrada. Experimentalmente se sabe que, de acuerdo al pH del medio solvente, pueden presentarse diferentes formas de esta catecolamina, incluyendo las especies neutra, zwitteriónica, catiónica y aniónica. Recientemente se han publicado diversas propuestas para la detección de DA basadas en voltametría cíclica y espectroscopía Raman realzada en superficie. En este último caso el empleo de partículas coloidales de Ag como substrato para la adsorción de DA permite una mejor detección de la molécula. En el presente trabajo estudiamos teóricamente la adsorción de las especies neutra (NDA), zwitteriónica (ZDA), protonada (PDA) y desprotonada (DPDA) sobre la cara (111) de Ag. Esto se efectuó dentro del formalismo de Density Functional Theory (DFT) tal como está implementado en el Vienna Ab Initio Simulation Package (VASP). Los slabs que se repiten en la dirección normal y que representan la superficie de Ag(111) contienen cuatro capas de átomos y una región vacía adecuadamente espaciada. En la optimización geométrica se dejaron relajar las especies adsorbidas y la primera capa de átomos de Ag. Como orientación inicial para la adsorción de cada una de las especies mencionadas se adoptó aquella en que su anillo aromático se ubica paralelamente a la superficie de Ag. Los cálculos muestran que la adsorción de PDA es un proceso más favorable que la de ZDA, mientras que la adsorción de DPDA está altamente desfavorecida en comparación con la de ZDA. La interacción adsorbato-substrato se evaluó calculando el cambio sufrido por la densidad de carga electrónica de los fragmentos intervinientes y realizando un análisis de las cargas atómicas mediante el método DEEC6. Los resultados señalan que se produce una importante reorganización de la carga electrónica. Mientras las especies neutra, zwitteriónica y protonada adquieren una carga neta positiva, la especie desprotonada posee una carga neta negativa. También se estudió el efecto de un campo eléctrico homogéneo en la adsorción de las diferentes especies de DA. En particular se observó que un campo eléctrico negativo estabiliza el sistema ZDA/Ag(111) y que la molécula de ZDA resulta más positivamente cargada. Por otro lado, un campo eléctrico positivo desestabiliza dicho sistema, resultando una molécula de ZDA menos positivamente cargada.