A orientação do C =O, C-N, e ligações N-H na estrutura de amida da seção L da fibra de seda confirmada neste estudo pela imagem hiperespectral. Crédito:Síncrotron australiano
Uma grande colaboração internacional usou uma técnica especializada na linha de luz de microespectroscopia infravermelha (IRM) no Síncrotron australiano para determinar a estrutura de proteínas em fibras de seda individuais que têm uso potencial no projeto de novos biomateriais com propriedades desejáveis.
A tecnica, imagem infravermelha hiperespectral, é uma ferramenta analítica poderosa porque pode estabelecer a ligação entre micro- / nanoestruturas e propriedades materiais específicas dos biomateriais.
A investigação incluiu pesquisadores da Swinburne University, Instituto de Tecnologia de Tóquio, Deakin University, a instalação de nanofabricação australiana, O Centro de Ciências Físicas e Tecnologia da Lituânia, Dr. Mark Tobin e Dr. Pimm Vongsvivut do Síncrotron Australiano, em um estudo que foi publicado em Relatórios Científicos .
As propriedades extraordinárias da seda estão ligadas à orientação molecular dos polipeptídeos e à sua composição amorfa / cristalina na estrutura da proteína.
“O objetivo era identificar a orientação das proteínas em diferentes partes da fibra e observar como o tratamento a laser pode alterar a estrutura da proteína na fibra da seda, "disse o Dr. Mark Tobin, Cientista principal - Linha de luz infravermelha no Síncrotron australiano.
"Você precisaria saber o efeito de um laser na seda, por exemplo, para imprimir a seda em 3D, "disse Tobin.
A orientação molecular é responsável pela ótica, propriedades mecânicas e térmicas dos biomateriais. Neste estudo, os pesquisadores estavam interessados em investigar a orientação molecular de ligações específicas de proteínas na seda que desempenham um papel crítico em sua força.
A imagem infravermelha do Síncrotron australiano pode acessar a orientação molecular da estrutura da proteína diretamente de uma única fibra de seda.
"Você pode obter informações de absorção de infravermelho que são selecionadas com base na orientação de uma ligação química específica, "explicou Tobin.
Imagem hiperespectral
"Como as fibras de seda têm apenas 10 mícrons de diâmetro e o feixe infravermelho síncrotron tem cerca de metade do tamanho disso, desenvolvemos um dispositivo óptico usando um cristal de germânio que permitia que o feixe passasse pela seção transversal da fibra com resolução quatro vezes maior. "
Mapas ATR FT-IR de alta resolução de 1,9 μm com resolução de 1,9 μm das seções transversais longitudinais (L) de cabelos apresentados em escala automática para melhor visualização. Crédito:Síncrotron australiano
Este dispositivo específico, que foi desenvolvido por Vongsvivut e Tobin no Síncrotron Australiano, foi recentemente usado com sucesso em fibras de carbono e tem se mostrado eficazmente adequado em uma ampla gama de aplicações.
A seda é um material semicristalino que é birrefringente, o que significa que, além de absorver a luz polarizada de uma maneira, ela realmente gira a polarização.
Os pesquisadores usaram um filtro infravermelho para girar progressivamente a polarização do feixe síncrotron e coletaram quatro imagens infravermelhas (químicas) - cada uma com a polarização a 45 graus de distância. Este método único de quatro polarização foi desenvolvido por pesquisadores colaborativos no Japão. Usando uma fórmula matemática para transformar os dados de polarização, eles foram capazes de descobrir a orientação molecular da estrutura da proteína nas fibras de seda.
Imagem infravermelha
Em uma imagem infravermelha, a intensidade da cor indica a força da absorbância.
"Nos comprimentos de onda do infravermelho, você vê picos nos espectros que indicam onde a luz está sendo fortemente absorvida, "disse Tobin.
"Uma ligação vibra em um determinado nível de energia em uma frequência natural. Se a luz chega na mesma frequência, ele pode absorver parte da luz infravermelha e vibrar para um nível ligeiramente mais alto, "explicou Tobin.
Os espectros gerados nas imagens infravermelhas revelaram que a vibração primária da ligação Amida II estava em toda a direção da cadeia e a vibração da ligação Amida A era perpendicular à fibra.
"Com essa informação, nossos colaboradores foram capazes de descobrir que as moléculas de proteína se orientam de uma maneira particular na fibra. "
Quando um laser pulsado foi usado em uma das ligações, interrompeu o vínculo Amide A, mudando a estrutura da proteína.
"Embora a maior parte das informações das fibras de seda seja provavelmente conhecida, não foi possível medir a orientação molecular em fibras individuais antes, "disse Tobin.
