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O estudo investiga a actividade das enzimas imobilizadas nos nanoparticles do ouro controlados pela irradiação infravermelha do laser

A actividade das enzimas em processos industriais, em laboratórios, e em seres vivos pode ser comandada por controlo remoto usando a luz. Isto exige sua imobilização na superfície dos nanoparticles e da irradiação com um laser. a luz Próximo-infravermelha pode penetrar tecido vivo sem danificá-lo.

Os nanoparticles absorvem a energia da radiação e liberam-na para trás sob a forma do calor ou dos efeitos eletrônicos, provocando ou intensificando a actividade catalítica das enzimas. Isto configura um campo de estudo novo conhecido como o biocatalysis plasmonic.

A pesquisa conduzida na universidade do instituto da química de São Paulo (IQ-USP) em Brasil investigou a actividade das enzimas imobilizadas nos nanoparticles do ouro controlados pela irradiação infravermelha do laser. Um artigo que relata os resultados é publicado na catálise de ACS, um jornal da sociedade de produto químico americano.

O estudo foi apoiado pela fundação de pesquisa de São Paulo - FAPESP através de uma bolsa de estudo pos-doctoral e de uma bolsa de estudos para um estágio da pesquisa concedidas no exterior ao autor principal, Heloise Ribeiro de Barros; uma concessão multiusuário do equipamento; e o projecto temático “optimização das propriedades físico-químicas de materiais nanostructured para aplicações no reconhecimento, na conversão da catálise e de energia/armazenamento moleculars”, conduziu por Roberto Manuel Torresi.

“Nós usamos um lipase [CaLB] como a enzima modelo, imobilizada em nanoparticles do ouro com duas formas - esferas e estrelas,” Ribeiro de Barros disse. “O laser infravermelho acelerou a actividade de enzima não invasora meramente irradiando a com luz externo.”

O estudo mostrou que não somente a composição do material mas igualmente sua geometria influenciou o efeito dos nanoparticles na enzima.

“A actividade enzimático foi aumentada significativamente quando o lipase foi imobilizado em nanostars do ouro, indicando um aumento de até 58%,” Ribeiro de Barros disse. “Em comparação, os nanospheres do ouro promoveram um aumento muito menor de 13%. O aumento maior correspondeu ao efeito da ressonância entre as superfícies dos nanostars e a radiação do laser.”

O valor considerado aqui é ressonância de superfície localizada do plasmon (LSPR). Quando o LSPR dos nanospheres absorver em 525 nanômetros, aquele dos nanostars alcança 700 nanômetro, muito mais perto do comprimento de onda infravermelho do laser, que é 808 nanômetro.

A luz de incidente ajusta-se fora dos processos energia-conduzidos nos nanoparticles do ouro, tais como uma elevação na temperatura ou em efeitos eletrônicos, e esta afecta as propriedades das enzimas que são imobilizadas em suas superfícies. Era possível concluir que o aquecimento fototérmico localizado nas superfícies dos nanostars do ouro promovidos pela excitação de LSPR conduziu ao biocatalysis aumentado do lipase. Esta conclusão pode ser estendida a outras combinações de enzimas e de nanoparticles plasmonic.”

Heloise Ribeiro de Barros, autor principal do estudo, universidade do instituto da química de São Paulo (IQ-USP) em Brasil

O vasto leque de aplicações potenciais inclui o biocatalysis para acelerar reacções químicas da industrial-escala e in vivo controle de enzimas decausa. No futuro mais distante, este tipo do processo podia concebìvel ser usado para tratar doenças tais como Parkinson e Alzheimer. Mais pesquisa será exigida antes que possa se transformar uma alternativa genuína, naturalmente.

“Do ponto de vista médico, a finalidade principal do estudo era apontar em um futuro próximo às soluções para o tratamento das doenças sem a necessidade para a cirurgia invasora e com uma aproximação espacial e temporal específica para evitar os efeitos secundários de métodos actuais,” Ribeiro de Barros disse.

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.