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Lo studio studia l'attività degli enzimi vincolati sulle nanoparticelle dell'oro gestite da irradiamento infrarosso del laser

L'attività degli enzimi nei processi industriali, in laboratori ed in esseri viventi può essere telecomandata facendo uso di indicatore luminoso. Ciò richiede la loro immobilizzazione sulla superficie delle nanoparticelle e dell'irradiamento con un laser. L'indicatore luminoso vicino all'infrarosso può penetrare il tessuto vivente senza danneggiarlo.

Le nanoparticelle assorbono l'energia della radiazione e la rilasciano indietro sotto forma di calore o di effetti elettronici, avvianti o intensificanti l'attività catalitica degli enzimi. Ciò configura un nuovo campo di studio conosciuto come il biocatalysis plasmonic.

La ricerca condotta all'università di istituto della chimica di São Paulo (IQ-USP) nel Brasile ha studiato l'attività degli enzimi vincolati sulle nanoparticelle dell'oro gestite da irradiamento infrarosso del laser. Un articolo che riferisce i risultati è pubblicato nella catalisi di ACS, un giornale della società di prodotto chimico americano.

Lo studio è stato supportato dalle fondamenta di ricerca di São Paulo - FAPESP via un'amicizia postdottorale e una borsa per un internato della ricerca all'estero ricevute all'autore principale, Heloise Ribeiro de Barros; una concessione multiutente della strumentazione; ed il progetto tematico “l'ottimizzazione dei beni fisico-chimici dei materiali nanostructured per le applicazioni nel riconoscimento, nella conversione di energia e di catalisi/stoccaggio molecolari„, piombo da Roberto Manuel Torresi.

“Abbiamo usato una lipasi [CaLB] come l'enzima di modello, vincolato sulle nanoparticelle dell'oro con due forme - sfere e stelle,„ Ribeiro de Barros ha detto. “Il laser di infrarosso ha accelerato l'attività dell'enzima non invadente soltanto irradiandola con indicatore luminoso esterno.„

Lo studio ha indicato che non solo la composizione del materiale ma egualmente la sua geometria ha influenzato l'effetto delle nanoparticelle sull'enzima.

“L'attività enzimatica è stata migliorata significativamente quando la lipasi è stata vincolata sui nanostars dell'oro, video un aumento di fino a 58%,„ Ribeiro de Barros ha detto. “In confronto, i nanospheres dell'oro hanno promosso un aumento molto più piccolo di 13%. Il più grande aumento ha corrisposto all'effetto di risonanza fra le superfici dei nanostars e la radiazione dal laser.„

La grandezza considerata qui è risonanza di superficie localizzata del plasmon (LSPR). Mentre il LSPR dei nanospheres assorbe a 525 nanometri, quello dei nanostars raggiunge 700 il nanometro, molto più vicino alla lunghezza d'onda del laser di infrarosso, che è 808 nanometro.

La luce incidente provoca dai i trattamenti guidati da energia nelle nanoparticelle dell'oro, quale un aumento nella temperatura o negli effetti elettronici e questa pregiudica i beni degli enzimi che sono vincolati sulle loro superfici. Era possibile concludere che il riscaldamento photothermal localizzato sulle superfici dei nanostars dell'oro promossi dall'eccitazione di LSPR piombo al biocatalysis migliorato della lipasi. Questa conclusione può essere estendere ad altre combinazioni di enzimi e di nanoparticelle plasmonic.„

Heloise Ribeiro de Barros, autore principale di studio, università di istituto della chimica di São Paulo (IQ-USP) nel Brasile

La grande selezione delle applicazioni potenziali include il biocatalysis per accelerare le reazioni chimiche e in vivo il controllo su scala industriale degli enzimi malattia-causanti. In lontano futuro, questo genere di trattamento ha potuto in teoria essere usato per trattare le malattie quali Parkinson ed Alzheimer. La più ricerca sarà richiesta prima che possa trasformarsi in in un'alternativa genuina, naturalmente.

“Dal punto di vista medico, lo scopo principale dello studio proveniva di indicare le soluzioni nell'immediato futuro per il trattamento delle malattie senza l'esigenza di intervento di alta chirurgia e con un approccio spaziale e temporale specifico per evitare gli effetti collaterali dei metodi correnti,„ Ribeiro de Barros ha detto.

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.