Las sustancias perfluoroalquiladas y polifluoroalquiladas, conocidas comúnmente como PFAS, constituyen un grupo de compuestos químicos sintéticos ampliamente utilizados en múltiples industrias debido a sus propiedades únicas, especialmente su capacidad para resistir la degradación química, térmica y biológica. Estos compuestos han sido esenciales en la fabricación de productos como espumas contra incendios, revestimientos resistentes al agua, y diversos productos industriales. Sin embargo, su persistencia ambiental ha generado una creciente preocupación en la comunidad científica y regulatoria debido a sus impactos adversos sobre los ecosistemas y la salud humana. Uno de los aspectos más fascinantes y complejos relacionados con los PFAS es su capacidad para autoensamblarse y formar estructuras supramoleculares en ambientes acuosos. Este fenómeno, conocido en química física como autoorganización, ocurre cuando las moléculas de PFAS interactúan entre sí y con su entorno para crear agregados ordenados, como micelas, vesículas o incluso estructuras parecidas a células.
El estudio de estas propiedades no solo es vital para comprender el comportamiento físico-químico de estas sustancias, sino también para descifrar su destino y transporte en el medio ambiente. La investigación sobre PFAS ha avanzado considerablemente gracias a la implementación de simulaciones de dinámica molecular a escala gruesa, conocidas en inglés como coarse-grained molecular dynamics (CG-MD). Estas técnicas computacionales permiten modelar y predecir el comportamiento de agregación y formación de estructuras supramoleculares en condiciones que serían difíciles o imposibles de reproducir experimentalmente. Recientemente, estudios que emplean estos "microscopios computacionales" han revelado cómo las moléculas de fluorosurfactantes, un subconjunto significativo dentro de los PFAS, se autoensamblan en soluciones acuosas, replicando fenómenos observados en imágenes obtenidas mediante microscopía electrónica criogénica. La autoorganización de los PFAS tiene implicaciones directas en su persistencia ambiental.
Al formar grandes ensamblajes supramoleculares, estas sustancias pueden quedar retenidas de forma prolongada en el subsuelo, funcionando como reservorios continuos que liberan gradualmente moléculas disueltas. Esto dificulta los procesos de remediación y contribuye a una contaminación a largo plazo que afecta tanto recursos hídricos como suelos. Entender los mecanismos de formación y evolución temporal de estas estructuras es crucial para diseñar estrategias más efectivas de mitigación y control. El desarrollo de parámetros específicos para los PFAS dentro de los modelos de simulación es una tarea compleja debido a las características únicas del grupo funcional fluorado. Los enlaces carbono-flúor presentan una alta electronegatividad y estabilidad, lo que altera las interacciones moleculares comunes.
Gracias al avance en la parametrización bajo el modelo Martini 3, los investigadores han conseguido incorporar estas particularidades permitiendo simulaciones más precisas y relevantes para escenarios ambientales reales. Además de su relevancia en el medio ambiente, estos descubrimientos sobre el autoensamblaje de PFAS poseen aplicaciones potenciales en otras áreas como la nanotecnología, al permitir la creación de materiales con propiedades específicas basadas en estructuras autoorganizadas. Por ejemplo, las vesículas formadas por PFAS podrían inspirar el diseño de agentes de liberación controlada o sistemas de encapsulación para diversos usos industriales y biotecnológicos. Desde una perspectiva ambiental, la capacidad de estudiar nuevas generaciones de PFAS mediante simulaciones computacionales es especialmente valiosa dado que muchas de estas moléculas carecen aún de sustancias químicas estándar para su análisis experimental. La modelación permite anticipar su comportamiento y evaluar riesgos sin la necesidad de disponer físicamente de cada compuesto, lo que acelera la investigación y la implementación de políticas regulatorias.
En conclusión, el estudio del autoensamblaje de las sustancias per- y polifluoroalquiladas a través de técnicas avanzadas de simulación molecular abre una puerta a una comprensión más detallada de su comportamiento ambiental. Esto facilita la identificación de mecanismos que contribuyen a su persistencia y toxicidad, y ofrece herramientas para el desarrollo de tecnologías de limpieza más efectivas. La convergencia entre la química computacional, la física y la ciencia ambiental permite enfrentar uno de los grandes retos contemporáneos relacionados con la contaminación por PFAS, aportando soluciones basadas en el conocimiento profundo de sus propiedades moleculares y supramoleculares.
