Publicação

Production of protein nanofibers and their application in the development of innovative materials

Detalhes bibliográficos
Resumo:	As nanofibras proteicas, também conhecidas como fibrilas amilóide, estão a ganhar muito interesse devido às suas propriedades únicas, nomeadamente elevada resistência mecânica e propriedades funcionais. Estas nanofibras caracterizam-se por depósitos proteicos que resultam de um processo onde a molécula proteica adquire uma conformação estrutural em folhas-β. Dadas as suas propriedades, estas nanofibras têm sido estudadas como elementos estruturais e funcionais no desenvolvimento de materiais inovadores para aplicação em diferentes áreas como, por exemplo, em biosensores, membranas bioactivas e estruturas tridimensionais (scaffolds) para engenharia de tecidos. No entanto, uma das principais limitações na exploração de nanofibras proteicas está relacionada com o tempo necessário para a sua produção, uma vez que a fibrilação é um processo moroso que pode levar horas, dias ou até mesmo semanas. A utilização de solventes alternativos como agentes promotores de fibrilação, nomeadamente líquidos iónicos (ILs), foi recentemente demonstrada como uma via para reduzir o tempo de fibrilação. Estes resultados serviram de inspiração para estudarmos o processo de fibrilação de uma proteína modelo, a lisozima, em soluções aquosas de líquidos iónicos baseados nos catiões imidazólio ou colina com diferentes aniões derivados de ácidos orgânicos. A presença de qualquer um dos ILs testados no meio de fibrilação demonstrou ser muito eficiente obtendo-se taxas de conversão superiores a 80% de fibrilas. Seguindo uma abordagem semelhante, estudou-se também um solvente eutéctico profundo (DES) baseado em cloreto de colina e ácido acético (1:1) como possível promotor da fibrilação da lisozima, diminuindo-se o tempo de fibrilação de 8-15 h para apenas 2-3 h. Foi também demonstrado que a temperatura tem um papel fundamental na aceleração da fibrilação e tanto a temperatura como o pH influenciam significativamente as dimensões das nanofibras, nomeadamente em termos de comprimento e largura. Com o objectivo de ajustar a razão de aspecto das nanofibras (razão comprimento/largura), foram ainda estudados vários DES baseados em cloreto de colina e com ácidos mono-, di- e tri-carboxílicos, tendo-se observado que o ácido carboxílico do DES desempenha um papel fundamental no comprimento das nanofibras produzidas, sendo as razões de aspecto sempre superiores às obtidas por fibrilação apenas com cloreto de colina. O potencial das nanofibras proteicas como elementos de reforço em materiais compósitos foi avaliado pela preparação de filmes nanocompósitos à base de pululano com nanofibras de lisozima em diferentes proporções. Foram obtidos filmes transparentes com maior resistência mecânica à tracção, particularmente para as nanofibras com razões de aspecto mais elevadas. Além disso, a incorporação de nanofibras de lisozima nos filmes de pululano conferiu propriedades bioativas aos filmes, nomeadamente capacidade antioxidante e atividade antibacteriana contra a Staphylococcus aureus. O aumento do conteúdo de nanofibras nos filmes promoveu um aumento das propriedades antioxidante e antibacteriano dos filmes, sugerindo-se como possível aplicação a utilização destes nanocompósitos como filmes comestíveis e ecológicos para embalagens alimentares bioactivas. As nanofibras de lisozima foram também misturadas com fibras de nanocelulose com o objectivo de produzir um filme sustentável para a remoção de mercúrio (II) de águas naturais. Os filmes foram obtidos por filtração sob vácuo e mostraram-se homogéneos e translúcidos. A incorporação das nanofibras de lisozima nos filmes de nanocelulose promoveu um reforço mecânico significativo. Em termos da capacidade de remoção de mercúrio (II) a partir de água natural, a presença das nanofibras de lisozima proporcionou um aumento muito expressivo com eficiências de 82% (pH 7) < 89% (pH 9) < 93% (pH 11), utilizando concentrações de mercúrio (II) de acordo com o limite estabelecido nos regulamentos da União Europeia (50 μg L-1). Em suma, foi demonstrado nesta tese que o uso de líquidos iónicos e de solventes eutécticos profundos assume um papel fundamental na formação de nanofibras de lisozima morfologicamente alongadas e finas, que podem ser exploradas no desenvolvimento de bionanocompósitos para diversas aplicações desde embalagens bioactivas a sistemas de purificação de água.
Autores principais:	Silva, Nuno Hélder da Cruz Simões
Assunto:	Bioengenharia Nanofibras Soluções iónicas Biomoléculas
Ano:	2018
País:	Portugal
Tipo de documento:	tese de doutoramento
Tipo de acesso:	acesso aberto
Instituição associada:	Universidade de Aveiro
Idioma:	inglês
Origem:	RIA - Repositório Institucional da Universidade de Aveiro

Descrição
Resumo:	As nanofibras proteicas, também conhecidas como fibrilas amilóide, estão a ganhar muito interesse devido às suas propriedades únicas, nomeadamente elevada resistência mecânica e propriedades funcionais. Estas nanofibras caracterizam-se por depósitos proteicos que resultam de um processo onde a molécula proteica adquire uma conformação estrutural em folhas-β. Dadas as suas propriedades, estas nanofibras têm sido estudadas como elementos estruturais e funcionais no desenvolvimento de materiais inovadores para aplicação em diferentes áreas como, por exemplo, em biosensores, membranas bioactivas e estruturas tridimensionais (scaffolds) para engenharia de tecidos. No entanto, uma das principais limitações na exploração de nanofibras proteicas está relacionada com o tempo necessário para a sua produção, uma vez que a fibrilação é um processo moroso que pode levar horas, dias ou até mesmo semanas. A utilização de solventes alternativos como agentes promotores de fibrilação, nomeadamente líquidos iónicos (ILs), foi recentemente demonstrada como uma via para reduzir o tempo de fibrilação. Estes resultados serviram de inspiração para estudarmos o processo de fibrilação de uma proteína modelo, a lisozima, em soluções aquosas de líquidos iónicos baseados nos catiões imidazólio ou colina com diferentes aniões derivados de ácidos orgânicos. A presença de qualquer um dos ILs testados no meio de fibrilação demonstrou ser muito eficiente obtendo-se taxas de conversão superiores a 80% de fibrilas. Seguindo uma abordagem semelhante, estudou-se também um solvente eutéctico profundo (DES) baseado em cloreto de colina e ácido acético (1:1) como possível promotor da fibrilação da lisozima, diminuindo-se o tempo de fibrilação de 8-15 h para apenas 2-3 h. Foi também demonstrado que a temperatura tem um papel fundamental na aceleração da fibrilação e tanto a temperatura como o pH influenciam significativamente as dimensões das nanofibras, nomeadamente em termos de comprimento e largura. Com o objectivo de ajustar a razão de aspecto das nanofibras (razão comprimento/largura), foram ainda estudados vários DES baseados em cloreto de colina e com ácidos mono-, di- e tri-carboxílicos, tendo-se observado que o ácido carboxílico do DES desempenha um papel fundamental no comprimento das nanofibras produzidas, sendo as razões de aspecto sempre superiores às obtidas por fibrilação apenas com cloreto de colina. O potencial das nanofibras proteicas como elementos de reforço em materiais compósitos foi avaliado pela preparação de filmes nanocompósitos à base de pululano com nanofibras de lisozima em diferentes proporções. Foram obtidos filmes transparentes com maior resistência mecânica à tracção, particularmente para as nanofibras com razões de aspecto mais elevadas. Além disso, a incorporação de nanofibras de lisozima nos filmes de pululano conferiu propriedades bioativas aos filmes, nomeadamente capacidade antioxidante e atividade antibacteriana contra a Staphylococcus aureus. O aumento do conteúdo de nanofibras nos filmes promoveu um aumento das propriedades antioxidante e antibacteriano dos filmes, sugerindo-se como possível aplicação a utilização destes nanocompósitos como filmes comestíveis e ecológicos para embalagens alimentares bioactivas. As nanofibras de lisozima foram também misturadas com fibras de nanocelulose com o objectivo de produzir um filme sustentável para a remoção de mercúrio (II) de águas naturais. Os filmes foram obtidos por filtração sob vácuo e mostraram-se homogéneos e translúcidos. A incorporação das nanofibras de lisozima nos filmes de nanocelulose promoveu um reforço mecânico significativo. Em termos da capacidade de remoção de mercúrio (II) a partir de água natural, a presença das nanofibras de lisozima proporcionou um aumento muito expressivo com eficiências de 82% (pH 7) < 89% (pH 9) < 93% (pH 11), utilizando concentrações de mercúrio (II) de acordo com o limite estabelecido nos regulamentos da União Europeia (50 μg L-1). Em suma, foi demonstrado nesta tese que o uso de líquidos iónicos e de solventes eutécticos profundos assume um papel fundamental na formação de nanofibras de lisozima morfologicamente alongadas e finas, que podem ser exploradas no desenvolvimento de bionanocompósitos para diversas aplicações desde embalagens bioactivas a sistemas de purificação de água.