Representação de peptídeos que se auto-montam em nanofios em uma superfície 2-D do grafeno semimetal. Crédito:Mehmet Sarikaya
A vida sempre jogou de acordo com seu próprio conjunto de regras moleculares. Da bioquímica por trás das primeiras células, a evolução construiu maravilhas como osso duro, casca áspera e enzimas vegetais que coletam luz para fazer comida.
Mas nossas ferramentas para manipular a vida - para tratar doenças, reparar tecidos danificados e substituir membros perdidos - vêm do reino não vivo:metais, plásticos e similares. Embora salvem e preservem vidas, nossos tratamentos sintéticos estão enraizados em uma linguagem química inadequada à nossa elegância orgânica. Cicatriz de eletrodos implantados, os fios superaquecem e nossos corpos lutam contra bombas mal encaixadas, tubos ou válvulas.
Uma solução está em preencher essa lacuna onde o artificial encontra o biológico - aproveitando as regras biológicas para trocar informações entre a bioquímica de nossos corpos e a química de nossos dispositivos. Em um artigo publicado em 22 de setembro em Relatórios Científicos , engenheiros da Universidade de Washington revelaram peptídeos - pequenas proteínas que realizam inúmeras tarefas essenciais em nossas células - que podem fornecer exatamente esse link.
O time, liderado pelo professor da UW Mehmet Sarikaya nos Departamentos de Ciência e Engenharia de Materiais, mostra como um peptídeo geneticamente modificado pode se montar em nanofios no topo de 2-D, superfícies sólidas que têm apenas uma única camada de átomos de espessura. Essas montagens de nanofios são críticas porque os peptídeos transmitem informações através da interface bio / nano por meio do reconhecimento molecular - os mesmos princípios que fundamentam as interações bioquímicas, como a ligação de um anticorpo a seu antígeno específico ou ligação de proteína ao DNA.
Uma vez que esta comunicação é bidirecional, com peptídeos compreendendo a "linguagem" da tecnologia e vice-versa, sua abordagem permite essencialmente uma interface bioeletrônica coerente.
Vista superior de nanofios GrBP5 em uma superfície 2-D de grafeno. Crédito:Mehmet Sarikaya / Relatórios Científicos
"Colocar uma ponte sobre essa divisão seria a chave para construir os dispositivos de estado sólido biomoleculares geneticamente modificados do futuro, "disse Sarikaya, que também é professor de engenharia química e ciências da saúde bucal.
Sua equipe no Centro de Ciência e Engenharia de Materiais com Engenharia Genética da UW estuda como cooptar a química da vida para sintetizar materiais com elementos físicos tecnologicamente significativos, propriedades eletrônicas e fotônicas. Para Sarikaya, a "linguagem" bioquímica da vida é uma emulação lógica.
"A natureza deve constantemente fazer materiais para fazer muitas das mesmas tarefas que buscamos, " ele disse.
A equipe UW quer encontrar peptídeos geneticamente modificados com propriedades químicas e estruturais específicas. Eles procuraram um peptídeo que pudesse interagir com materiais como ouro, titânio e até mesmo um mineral nos ossos e dentes. Tudo isso poderia formar a base de futuros dispositivos biomédicos e eletro-ópticos. Seu peptídeo ideal também deve alterar as propriedades físicas dos materiais sintéticos e responder a essa mudança. Dessa maneira, iria transmitir "informações" do material sintético para outras biomoléculas - eliminando a divisão química entre biologia e tecnologia.
Ao explorar as propriedades de 80 peptídeos geneticamente selecionados - que não são encontrados na natureza, mas têm os mesmos componentes químicos de todas as proteínas - eles descobriram que, GrBP5, mostraram interações promissoras com o grafeno semimetal. Eles então testaram as interações do GrBP5 com vários nanomateriais 2-D que, Sarikaya disse, "podem servir como metais ou semicondutores do futuro."
Uma imagem de vista superior de nanofios GrBP5 em uma superfície 2-D de dissulfeto de molibdênio. Crédito:Mehmet Sarikaya / Relatórios Científicos
"Precisávamos saber as interações moleculares específicas entre esse peptídeo e essas superfícies sólidas inorgânicas, " ele adicionou.
Seus experimentos revelaram que GrBP5 se organizou espontaneamente em padrões de nanofios ordenados no grafeno. Com algumas mutações, GrBP5 também alterou a condutividade elétrica de um dispositivo à base de grafeno, o primeiro passo para a transmissão de informações elétricas do grafeno para as células por meio de peptídeos.
Em paralelo, A equipe de Sarikaya modificou o GrBP5 para produzir resultados semelhantes em um material semicondutor - dissulfeto de molibdênio - convertendo um sinal químico em um sinal óptico. Eles também previram computacionalmente como diferentes arranjos de nanofios GrBP5 afetariam a condução elétrica ou o sinal óptico de cada material, mostrando potencial adicional dentro das propriedades físicas do GrBP5.
"De certa forma, estamos nas comportas, "disse Sarikaya." Agora precisamos explorar as propriedades básicas desta ponte e como podemos modificá-la para permitir o fluxo de 'informações' de dispositivos eletrônicos e fotônicos para sistemas biológicos. "
