Cientistas copiam processos de formação de melanina para fabricar pigmentos orgânicos multifuncionais
Descrição da melanogênese na natureza e da síntese in vitro de pigmentos miméticos da melanina. um Uma via sintética plausível da polidopamina, um análogo sintético bem conhecido da melanina, anteriormente denominada montagem progressiva. b Uma ilustração esquemática da melanogênese natural indicando a natureza adesiva da melanina, levando ao seu crescimento ligado às fibrilas nos melanossomas. c Comparação do procedimento sintético in vitro de revestimento orgânico semelhante à melanina de um método convencional de revestimento por imersão com o método de pigmentação in situ iniciado na superfície denominado PAINT (Montagem Progressiva em um Modelo Carregado por Iniciador) relatado neste estudo. A pigmentação no local no PAINT é guiada por um iniciador imobilizado na superfície, a peroxidase de rábano (HRP), mediando a oxidação do catecol. Crédito:Nature Communications (2023). DOI:10.1038/s41467-023-38622-2 A equipe de pesquisa de Seon-ki Hong, professor do Departamento de Física e Química do Instituto de Ciência e Tecnologia Daegu Gyeongbuk (DGIST), desenvolveu a tecnologia Progressive Assembly on an Initiator-loaded Template (PAINT) que pode fabricar localmente multi- pigmentos orgânicos funcionais nas áreas desejadas, copiando os processos naturais de formação de melanina.
A melanina, um pigmento natural, pode aderir a diversas superfícies, independentemente do tipo, graças às suas elevadas propriedades adesivas subaquáticas que são atribuídas a numerosos grupos funcionais catecol, semelhantes às proteínas adesivas dos mexilhões. Novos materiais orgânicos multifuncionais que copiam estas propriedades únicas foram recentemente desenvolvidos e amplamente aplicados em vários campos.
No entanto, durante o processo de criação de novos elementos através da integração de novos materiais orgânicos com vários grupos de materiais, os investigadores enfrentaram desafios quando áreas não intencionais foram revestidas com matéria orgânica devido às propriedades adesivas que são a vantagem única destes novos materiais orgânicos.
Para superar esses desafios, os pesquisadores usaram a fotolitografia para especificar a localização do revestimento. No entanto, este método tem desvantagens, tais como o envolvimento de reações complexas em múltiplas etapas e a necessidade de utilizar equipamentos caros.
Para resolver esses problemas, a equipe de pesquisa do professor Hong investigou os processos de formação da melanina natural e descobriu que a atividade catalítica do modelo proteico afeta significativamente o processo de especificação do local de formação do padrão. As descobertas foram publicadas na revista Nature Communications .
Com base nos resultados analíticos, a equipe conduziu um experimento sobre a reação de síntese de pigmentos orgânicos copiando o processo natural de formação da melanina. Os pigmentos orgânicos foram produzidos iniciando a reação de síntese na superfície que foi inicialmente modificada para ter atividade catalítica localizada. Fabricação específica do local de um pigmento semelhante à melanina por meio de montagem progressiva espacialmente confinada em um modelo carregado com iniciador. Crédito:Instituto de Ciência e Tecnologia Daegu Gyeongbuk A equipe de pesquisa confirmou que os pigmentos orgânicos não se espalharam para regiões vizinhas com base em excelentes propriedades adesivas, e que aderiram seletiva e voluntariamente apenas às áreas iniciadas para formar padrões.
Padrões de pigmentos orgânicos formados localmente na superfície exibiram amplas características de absorção óptica nas regiões espectrais ultravioleta, visível e infravermelho próximo, semelhantes à melanina natural. A luz infravermelha próxima absorvida foi convertida espontaneamente em energia térmica pelo material e gerou calor localizado. A equipe de pesquisa verificou que esses processos podem ser aplicados para induzir a morte celular seletiva na superfície ou para acionar atuadores.
O professor Hong afirmou:"A tecnologia PAINT que desenvolvemos nesta pesquisa é uma tecnologia nova que pode aplicar seletivamente materiais com propriedades adesivas universais apenas nas áreas desejadas."
Ela acrescentou:"Prevemos que a tecnologia PAINT estabelecerá a base para o desenvolvimento de novos materiais orgânicos semelhantes à melanina, aplicando as características da melanina, como excelente absorção óptica, atividade de eliminação de espécies reativas de oxigênio e biocompatibilidade".
Mais informações: Haejin Jeong et al, Fabricação específica do local de um pigmento semelhante à melanina por meio de montagem progressiva espacialmente confinada em um modelo carregado por iniciador, Nature Communications (2023). DOI:10.1038/s41467-023-38622-2 Informações do diário: Comunicações da Natureza
Fornecido pelo Instituto de Ciência e Tecnologia Daegu Gyeongbuk
