Estadística fraccionaria aplicada al estudio de la adsorción de proteínas en multicapas

Abstract

La adsorción de proteínas sobre superficies solidas ha sido ampliamente estudiada debido al rol que este fenómeno juega en numerosas aplicaciones industriales y biotecnológicas. En este marco, es fundamental el entendimiento de las interacciones involucradas en dicho proceso. Varias teorías han sido propuestas para modelar datos experimentales de sistemas que involucran la adsorción de proteínas. Entre las mas comúnmente conocidas podemos citar la ecuación de Langmuir, desarrollada para la adsorción en monocapa, y la teoría de Brunauer- Emmett-Teller (BET), para la adsorción en multicapas infinitas. Como consecuencia de las limitaciones que cada una de esas teorías posee, resulta dificultoso dilucidar con claridad el mecanismo de adsorción y la configuración de la proteína en el estado adsorbido. En este contexto, el objetivo principal del presente estudio fue aplicar un nuevo modelo teórico [Fractional Statistical Theory of Adsorption (FSTA)] [1], originalmente aplicado al estudio de adsorción de gases poliátomicos sobre superficies sólidas, para describir el proceso de adsorción de proteínas en solución. ESTA permite describir la adsorción en multicapa finita como un problema de estadística fraccionaria, basada en la teoría de Haldane [2]. En este esquema, la energía libre de Helmholtz y sus derivadas son expresadas en términos de un simple parámetro de exclusión estadística (g), directamente relacionado con la configuración espacial de las moléculas en el estado adsorbido. La FSTA aquí presentada incluye la teoría de Langmuir como un caso particular (g = 1), reproduce la ecuación de BET para g = 0 y permite describir las casos intermedios para la adsorción en multicapas finitas (0 ¡g ¡1). Es además un modelo simple, con pocos parámetros ajustables y con un significado físico preciso. Con el objeto de testear la aplicabilidad del modelo propuesto, los resultados teóricos fueron contrastados con resultados experimentales de la adsorción de albumina sérica bovina (BSA) sobre una resina intercambiadora de iones (Amberlite 15) a diferentes valores de pH y temperatura. Las isotermas fueron ajustadas usando g y la constante de equilibrio Ke como parámetros de ajuste. Los valores obtenidos indican la ocurrencia de adsorción en multicapa finita, observándose una excelente coincidencia entre los resultados experimentales y teóricos.