Uma equipe de químicos da Universidade da Califórnia em San Diego conduziu pesquisas inovadoras para a ciência dos materiais, um campo para o qual a química frequentemente fornece informações sobre a estrutura e composição dos materiais, bem como os processos para fabricá-los e usá-los. Seu objetivo é criar novos materiais - de metais e borracha a revestimentos e cristais.
Pesquisadores do Departamento de Química e Bioquímica alcançaram esse objetivo ao misturar materiais improváveis para criar uma nova forma híbrida de matéria cristalina que poderia mudar a prática da ciência dos materiais. As evidências, publicado em Natureza , apresentam benefícios potenciais para a medicina e a indústria farmacêutica.
Ling Zhang, Jake Bailey e Rohit Subramanian, todos Ph.D. candidatos que estudam com o professor Akif Tezcan, cristais de proteína combinados com polímeros sintéticos para criar os novos materiais híbridos.
"A integração química de duas substâncias tão díspares dá origem a uma nova forma de matéria que contorna completamente a limitação fundamental de que as substâncias ordenadas são frágeis e inflexíveis, e os materiais flexíveis são desprovidos de ordem, "explicou Tezcan, que opera o Tezcan Lab na UC San Diego.
Os cristais são matrizes de átomos ou moléculas periodicamente ordenadas no espaço tridimensional por meio de interações específicas. Como essas interações mantêm os constituintes vizinhos em um arranjo único, cristais, como grãos de sal, por exemplo - não pode flexionar ou expandir. Em vez de, se atingido por uma força bruta, eles se quebram em pedaços que não podem ser reunidos. Os pesquisadores contornaram essas limitações fundamentais infundindo cristais de proteína com uma rede de polímeros de hidrogel, que são essencialmente flexíveis, cadeias pegajosas que formam um molde com memória de forma em torno das moléculas de proteína. Este molde permite que os cristais de proteína se curem quando se racham, bem como se expandir (às vezes em até 500% em volume) e se contrair sem perder sua cristalinidade. Na verdade, os pesquisadores da UC San Diego observaram que, em alguns casos, a ordem do nível atômico das moléculas de proteína aumentou com a expansão e contração. O aumento da ordem permitiu aos pesquisadores usar a radiação de raios-X para obter estruturas de resolução mais alta do que as já observadas para uma proteína chamada ferritina (produzida em uma variedade de organismos para armazenar ferro).
De acordo com Tezcan, esses resultados oferecem a promessa de usar a estratégia em geral para melhorar a cristalografia de raios-X de proteínas, o método pré-dominante para examinar as estruturas e funções atômicas. Os híbridos de cristal-hidrogel também fornecem um plano para a fabricação de materiais resistentes e resistentes simultaneamente, que podem resistir a fraturas. O que mais, a capacidade desses materiais de expandir e contrair pode talvez ser usada para armazenar com segurança grandes agentes biológicos, como anticorpos e ácidos nucleicos, e então liberá-los em locais desejados no corpo para fins terapêuticos.
"Esses materiais combinam com exclusividade a ordem estrutural e a periodicidade dos cristais moleculares, a adaptabilidade e propriedades mecânicas ajustáveis de polímeros sintéticos, e a versatilidade química dos blocos de construção de proteínas, "disse Tezcan." A parte mais agradável deste trabalho foi como ele combinou diferentes disciplinas e técnicas de maneiras imprevistas para criar novas direções de pesquisa. "
