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L'étude vérifie l'activité des enzymes immobilisées sur des nanoparticles d'or réglés par l'irradiation infrarouge de laser

L'activité des enzymes dans des processus industriels, des laboratoires, et des êtres vivants peut être télécommandée utilisant la lumière. Ceci exige leur immobilisation sur la surface des nanoparticles et de l'irradiation avec un laser. la lumière de Proche-infrared peut pénétrer le tissu vivant sans l'endommager.

Les nanoparticles absorbent l'énergie de la radiothérapie et la relâchent de retour sous forme de chaleur ou d'effets électroniques, déclenchant ou intensifiant l'activité catalytique des enzymes. Ceci configure un domaine d'études neuf connu sous le nom de biocatalysis plasmonic.

La recherche conduite à l'université de l'institut de la chimie de São Paulo (IQ-USP) au Brésil a vérifié l'activité des enzymes immobilisées sur des nanoparticles d'or réglés par l'irradiation infrarouge de laser. Un article enregistrant les résultats est publié dans la catalyse d'ACS, un tourillon de la société chimique américaine.

L'étude a été supportée par la fondation de recherches de São Paulo - FAPESP par l'intermédiaire d'une camaraderie post-doctorale et d'une bourse pour un internat de recherches à l'étranger attribuées à l'auteur important, Heloise Ribeiro de Barros ; une concession multi-utilisatrice de matériel ; et le projet thématique « optimisation des propriétés physico-chimiques des matériaux nanostructured pour des applications dans la reconnaissance moléculaire, la conversion de catalyse et d'énergie/stockage », a abouti par Roberto Manuel Torresi.

« Nous avons employé une lipase [CaLB] comme enzyme modèle, immobilisée sur des nanoparticles d'or avec deux formes - des sphères et des étoiles, » Ribeiro de Barros a le dit. « Le laser d'infrared a accéléré l'activité enzymatique d'une façon non envahissante simplement en l'irradiant avec la lumière externe. »

L'étude a prouvé que non seulement la composition du matériau mais également sa géométrie a influencé l'effet des nanoparticles sur l'enzyme.

« L'activité enzymatique était sensiblement améliorée quand la lipase a été immobilisée sur des nanostars d'or, manifestant une augmentation jusqu'à de 58%, » Ribeiro de Barros a dit. « En comparaison, les nanospheres d'or ont introduit une augmentation beaucoup plus petite de 13%. L'augmentation plus grande a correspondu à l'effet de la résonance entre les surfaces des nanostars et la radiothérapie du laser. »

La grandeur considérée ici est résonance extérieure localisée de plasmon (LSPR). Tandis que le LSPR des nanospheres absorbe à 525 nanomètres, cela des nanostars atteint 700 le nanomètre, beaucoup plus près de la longueur d'onde de laser d'infrared, qui est 808 nanomètre.

La lumière d'incident règle hors des procédés motivés par l'énergie dans les nanoparticles d'or, tels qu'une augmentation dans la température ou des effets électroniques, et ceci affecte les propriétés des enzymes qui sont immobilisées sur leurs surfaces. Il était possible de conclure que le chauffage photothermique localisé sur les surfaces des nanostars d'or introduits par l'excitation de LSPR a mené au biocatalysis amélioré de lipase. Cette conclusion peut être étendue à d'autres combinaisons des enzymes et des nanoparticles plasmonic. »

Heloise Ribeiro de Barros, auteur important d'étude, université de l'institut de la chimie de São Paulo (IQ-USP) au Brésil

La grande sélection d'applications possibles comprend le biocatalysis pour accélérer des réactions chimiques et in vivo le contrôle à échelle industrielle des enzymes de pathogène. Dans plus d'avenir lointain, ce genre de procédé a pu peut-être être employé pour traiter les maladies telles que Parkinson et Alzheimer. Plus de recherche sera exigée avant que ce puisse devenir une alternative véritable, naturellement.

« Du point de vue médical, le but principal de l'étude était d'indiquer des solutions dans un avenir proche pour la demande de règlement des maladies sans besoin de chirurgie invasive et avec une approche spatiale et temporelle spécifique pour éviter les effets secondaires des méthodes actuelles, » Ribeiro de Barros a dit.

Source:
Journal reference:

Barros, H. R. D., et al. (2021) Mechanistic Insights into the Light-Driven Catalysis of an Immobilized Lipase on Plasmonic Nanomaterials. ACS Catalysis. doi.org/10.1021/acscatal.0c04919.