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El estudio investiga la actividad de las enzimas inmovilizadas en los nanoparticles del oro controlados por la irradiación infrarroja del laser

La actividad de enzimas en procesos industriales, laboratorios, y seres vivos puede ser accionada por control remoto usando luz. Esto requiere su inmovilización en la superficie de nanoparticles y de la irradiación con un laser. La luz del infrarrojo cercano puede penetrar el tejido vivo sin el daño de él.

Los nanoparticles absorben la energía de la radiación y la liberan detrás bajo la forma de calor o efectos electrónicos, accionando o intensificando la actividad catalítica de las enzimas. Esto configura un nuevo campo del estudio conocido como biocatalysis plasmonic.

La investigación conducto en la universidad del instituto de la química de São Paulo (IQ-USP) en el Brasil investigó la actividad de las enzimas inmovilizadas en los nanoparticles del oro controlados por la irradiación infrarroja del laser. Un artículo que denuncia los resultados se publica en la catálisis de ACS, un gorrón de la sociedad de substancia química americana.

El estudio fue soportado por el asiento de investigación de São Paulo - FAPESP vía una beca postdoctoral y una beca para una prácticas de la investigación en el extranjero concedidas al autor importante, Heloise Ribeiro de Barros; una concesión multiusos del equipo; y el proyecto temático “optimización de las propiedades fisicoquímicas de los materiales nanostructured para los usos en el reconocimiento, la conversión de la catálisis y de energía/el almacenamiento moleculares”, llevó por Roberto Manuel Torresi.

“Utilizamos una lipasa [CaLB] como la enzima modelo, inmovilizada en nanoparticles del oro con dos formas - las esferas y las estrellas,” Ribeiro de Barros informó. “El laser infrarrojo aceleró la actividad enzimática no invasor simplemente irradiándola con la luz externa.”

El estudio mostró que no sólo la composición del material pero también su geometría influenció el efecto de los nanoparticles sobre la enzima.

“La actividad enzimática fue aumentada importante cuando la lipasa fue inmovilizada en nanostars del oro, visualizando un aumento del hasta 58%,” Ribeiro de Barros dijo. “En comparación, los nanospheres del oro ascendieron un aumento mucho más pequeño del 13%. El aumento más grande correspondió al efecto de la resonancia entre las superficies de los nanostars y la radiación del laser.”

La magnitud considerada aquí es resonancia superficial localizada del plasmón (LSPR). Mientras que el LSPR de los nanospheres absorbe en 525 nanómetros, el de los nanostars alcanza 700 nanómetro, mucho más cercano a la longitud de onda infrarroja del laser, que es 808 nanómetro.

La luz de incidente fija de procesos energía-impulsados en los nanoparticles del oro, tales como una subida de la temperatura o de efectos electrónicos, y ésta afecta a las propiedades de las enzimas que se inmovilizan en sus superficies. Era posible concluir que la calefacción fototérmica localizada en las superficies de los nanostars del oro ascendidos por la excitación de LSPR llevó al biocatalysis aumentado de la lipasa. Esta conclusión se puede ampliar a otras combinaciones de enzimas y de nanoparticles plasmonic.”

Heloise Ribeiro de Barros, autor importante del estudio, universidad del instituto de la química de São Paulo (IQ-USP) en el Brasil

La amplia gama de usos potenciales incluye biocatalysis para acelerar reacciones químicas y in vivo el mando a nivel industrial de enzimas enfermedad-que causan. En el futuro más distante, esta clase de proceso se podía concebible utilizar para tratar enfermedades tales como Parkinson y Alzheimer. Más investigación será requerida antes de que pueda convertirse en una opción auténtica, por supuesto.

“Del punto de vista médico, el propósito principal del estudio era apuntar a las soluciones en un futuro próximo para el tratamiento de enfermedades sin la necesidad de la cirugía invasor y con una aproximación espacial y temporal específica para evitar los efectos secundarios de métodos actuales,” Ribeiro de Barros dijo.

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.