Interacciones moleculares en la biorremediación: modelado computacional y validación experimental de nanopartículas magnéticas de quitosano

Abstract

This study presents the computational modeling and interaction analysis of carboxymethyl chitosan (CMC) with various anti-inflammatories, including diclofenac, ibuprofen, triclosan, and dexketoprofen, aiming to evaluate its potential as an adsorbent material for the remediation of emerging contaminants in water bodies. The most stable structures for both the anti-inflammatories and CMC were obtained using ORCA software for geometric optimizations and electronic energy calculations. Subsequently, molecular docking simulations were conducted with AutoDock Vina in Chimera to analyze interactions between CMC and the selected anti-inflammatories. The results confirm that CMC exhibits a high adsorption capacity for anti-inflammatories in aqueous solutions, validating its effectiveness as a material for remediating emerging contaminants in water bodies. These findings not only highlight the immediate potential of CMC but also open new pathways to optimize its performance in environmental remediation systems through more precise computational models and further studies. The methodology developed provides an innovative framework that can be applied to other emerging contaminants and a variety of environmental conditions, thereby strengthening the basis for future applications of CMC in sustainable water remediation technologies and ecosystem protection.Keywords: Carboxymethyl chitosan (CMC), Emerging contaminants, Adsorption capacity, Environmental remediation, Anti-inflammatory drugs, Molecular docking, AutoDock Vina, ORCA.

Este estudio presenta el modelado computacional y el análisis de interacciones entre carboximetil quitosano (CMC) y varios antiinflamatorios, incluyendo diclofenaco, ibuprofeno, triclosán y dexketoprofeno, con el objetivo de evaluar su potencial como material adsorbente en la remediación de contaminantes emergentes en cuerpos de agua. Se obtuvieron las estructuras más estables, tanto para los antiinflamatorios como para el carboximetil quitosano (CMC), utilizando el software ORCA para optimizaciones geométricas y cálculos de energías electrónicas. Para analizar las interacciones entre el CMC y los antiinflamatorios seleccionados, se realizaron simulaciones de acoplamiento molecular mediante Autodock Vina en Chimera. Los resultados confirman que el CMC posee una alta capacidad de adsorción de antiinflamatorios en soluciones acuosas, validando su eficacia como material para la remediación de contaminantes emergentes en cuerpos de agua. Estos hallazgos no solo destacan el potencial inmediato del CMC, sino que también abren nuevas vías para optimizar su desempeño en sistemas de remediación ambiental a través de modelos computacionales más precisos y múltiples estudios más. La metodología desarrollada establece un marco innovador que puede aplicarse tanto a otros contaminantes emergentes como a diversas condiciones ambientales, fortaleciendo así el fundamento para futuras aplicaciones de CMC en tecnologías sostenibles de remediación de agua y protección de ecosistemas.