Nanocápsulas de carbono con compuestos radiactivos

Abstract

En este trabajo se presentan simulaciones del conocido Buckminster fullerene C60, conteniendo diferentes cantidades de moléculas de compuestos de yodo radiactivo 131I, mediante la aplicación de la Teoría de la Funcional de Densidad Electrónica (DFT por sus siglas en inglés: Density Functional Theory) con el código Quantum Espresso (QE) de procesamiento en paralelo (supercómputo) para llevar a cabo los cálculos; y el software de procesamiento simple Ámsterdam Density Functional (ADF) para realizar algunas representaciones. Se usaron pseudopotenciales (PP) estándar de conservación de norma con energías de intercambio y correlación del tipo Perdew-Burke-Erzerhof (PBE) y el esquema de optimización Martins-Troullier para realizar relajaciones (optimizaciones geométricas a 0 K) y dinámicas moleculares (MD, Molecular Dynamics). La actual investigación muestra que los fullerenos con compuestos radiactivos en su interior, se vuelven inestables en presencia de átomos de calcio, fósforo y estroncio; los cuales al ser fisisorbidos en su superficie rompen las nanocápsulas liberando su contenido de yodo radiactivo. De modo que se realizaron simulaciones adicionales de un buckyball multi capa, compuesto por el C60 contenido en el fullereno C180. Se encontró que este nano sistema de dos esferas de carbono concéntricas C60@C180, es estable en el estado fundamental con una energía que varía muy poco con la temperatura; y que, además de permitir almacenar, en la esfera interior C60, hasta 3 moléculas de compuestos de yodo radiactivo, puede adsorber en la superficie de la esfera exterior, C180, 20 átomos de calcio. El sistema así conformado: [3#131I@C60@C180 + 20Ca], es estable y constituye una nano cápsula multicapa con contenido radiactivo capaz de interaccionar con otras moléculas con afinidad química con él calcio, como es la de fosfato de calcio cristalino [Ca10(PO4)6(OH)2] que se presenta en los huesos bajo la forma de hidroxiapatita (HA). Abstract In this work, simulations of the well-known Buckminster fullerene C60 are presented, containing different amounts of radioactive iodine compounds 131I. by applying the Density Functional Theory (DFT) with the code Quantum Espresso (QE) processing in parallel (supercomputing) to perform the calculations; and simple processing software Amsterdam Density Functional (ADF) to make some representations. Standard norm conserve pseudopotentials (PP) were used with energies of exchange and correlation of Perdew-Burke-Erzerhof (PBE) type and the Martins-Troullier’s optimization scheme to process the relaxations (geometric optimizations at 0 K) and molecular dynamics (MD). Current research shows that fullerenes with radioactive compounds therein, become unstable in the presence of atoms of calcium, phosphorus and strontium; which when being physisorbed at the surface then break nanocapsules, releasing their radioiodine contents. Additional simulations where made based on a multilayer buckyball, integrated by a C60 fullerene inside the C180 fullerene. It was found that this system of two nano concentric spheres of carbon C60@C180, is stable in the ground state with an energy that varies little with temperature; and that, in addition to enabling the storage, in the inner sphere C60, up to 3 molecules of radioactive iodine compounds, may be adsorbed on the surface of the outer sphere, C180, up to 20 calcium atoms. The system thus formed [3#131@C60@C180 + 20Ca], is stable and is a nano multilayer capsule with radioactive contents capable of interacting with other molecules with chemical affinity with calcium, such as that of crystalline calcium phosphate [Ca10(PO4)6(OH)2] that occurs in bone in the form of hydroxyapatite (HA).