A regulação espaço-temporal de reações enzimáticas multietapas por meio da compartimentalização é essencial em estudos que mimetizam sistemas naturais, como células e organelas. Até agora, os cientistas usaram lipossomas, vesículas ou polímeros para separar fisicamente as diferentes enzimas em compartimentos, que funcionam como "organelas artificiais". Mas agora, uma equipe liderada pelo diretor KIM Kimoon no Centro de Automontagem e Complexidade do Instituto de Ciências Básicas em Pohang, Coréia do Sul, demonstrou com sucesso a mesma regulação espaço-temporal de reações químicas usando apenas som audível, que é completamente diferente de os métodos anteriores mencionados acima. O estudo deles aparece em Nature Communications .
O som é amplamente utilizado em física, ciência dos materiais e outros campos, mas raramente tem sido usado em química. Em particular, o som audível (na faixa de 20 a 20.000 Hz) não foi usado em reações químicas até agora devido à sua baixa energia. No entanto, pela primeira vez, o mesmo grupo do IBS havia demonstrado com sucesso a regulação espaço-temporal de reações químicas por meio de uma dissolução seletiva de gases atmosféricos por meio de ondas estacionárias geradas por som audível em 2020.

Mais tarde, eles observaram de perto o movimento da solução induzido pelo som audível e descobriram que a solução estava separada e não misturada devido à região do nó da onda como se as diferentes camadas estivessem bloqueadas por uma parede invisível. Eles chamaram esse domínio transitório da solução criado por pseudo-compartimentação de som audível e o usaram para controlar redes de reação em cascata baseadas em enzimas em uma solução. Nesse fenômeno, o fluxo de fluido que é induzido em um recipiente vibrando para cima e para baixo pelo som audível não se mistura ao redor do nó da onda e, como tal, a solução fica naturalmente compartimentada.

Essa nova descoberta inspirou o grupo a usar esse fenômeno para tentar a regulação espaço-temporal de reações enzimáticas em várias etapas. Normalmente, fazer isso requer que compartimentos artificiais sejam criados usando lipídios ou polímeros são geralmente usados, mas o grupo de Kim mostrou que isso pode ser possível usando apenas som audível. Para conseguir isso, eles projetaram um sistema inteligente, aproveitando o fato de que o oxigênio do ar é dissolvido apenas na região do antinodo da solução vibratória (Figura 1).

Para testar este sistema, o Grupo de Kim realizou uma reação enzimática em várias etapas composta por glicose oxidase (GOx) e peroxidase de rábano (HRP). Na primeira etapa, a enzima GOx catalisa a oxidação da glicose e produz peróxido de hidrogênio. Este peróxido é então usado pela enzima HRP para alimentar a segunda etapa, que envolve a oxidação do corante ABTS incolor em radical ABTS de cor ciano. Os pesquisadores saberiam que seu sistema funcionava conforme o esperado se a cor ciano aparecesse em regiões específicas da solução.

Como esperado, os autores foram capazes de observar visualmente padrões de anéis concêntricos de cor ciano, o que confirmou que eles conseguiram o controle espaço-temporal da reação em cascata GOx-HRP usando apenas som audível (Figura 2). Os autores mostraram ainda que esse método pode ser estendido para controlar o crescimento in situ conduzido por redox ou a automontagem responsiva ao pH de nanopartículas dentro de domínios espaço-temporais presentes na solução. (Figura 3A). Além disso, os autores também apresentaram a preparação de hidrogéis padronizados com nanopartículas, que continham partículas automontadas apenas em regiões selecionadas. Esses géis podem ser usados ​​em plataformas de crescimento de células específicas da região (Figura 3B).

"Esta nova abordagem usando som audível fornecerá uma estratégia totalmente nova e confiável para controlar processos químicos dentro de pseudocompartimentos previsíveis, mas gerados transitoriamente em uma solução", explica o diretor Kim. + Explorar mais

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