A atividade das enzimas em processos industriais, laboratórios, e os seres vivos podem ser controlados remotamente usando a luz. Isso requer sua imobilização na superfície das nanopartículas e irradiação com laser. A luz do infravermelho próximo pode penetrar no tecido vivo sem danificá-lo. As nanopartículas absorvem a energia da radiação e a liberam de volta na forma de calor ou efeitos eletrônicos, desencadear ou intensificar a atividade catalítica das enzimas. Isso configura um novo campo de estudo conhecido como biocatálise plasmônica.

Pesquisa realizada no Instituto de Química da Universidade de São Paulo (IQ-USP), no Brasil, investigou a atividade de enzimas imobilizadas em nanopartículas de ouro controladas por irradiação com laser infravermelho. Um artigo relatando os resultados é publicado em Catálise ACS , um jornal da American Chemical Society.

O estudo foi financiado pela Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo - FAPESP por meio de bolsa de pós-doutorado e bolsa de estágio de pesquisa no exterior concedida ao autor principal, Heloise Ribeiro de Barros; uma concessão de equipamento multiusuário; e o Projeto Temático "Otimização das propriedades físico-químicas de materiais nanoestruturados para aplicações em reconhecimento molecular, catálise e conversão / armazenamento de energia ", liderado por Roberto Manuel Torresi.

"Usamos uma lipase [CaLB] como enzima modelo, imobilizado em nanopartículas de ouro com duas formas - esferas e estrelas, "Ribeiro de Barros disse." O laser infravermelho acelerou a atividade da enzima de forma não invasiva, apenas irradiando-a com luz externa. "

O estudo mostrou que não só a composição do material, mas também sua geometria influenciam no efeito das nanopartículas na enzima. "A atividade enzimática foi significativamente aumentada quando a lipase foi imobilizada em nanostars de ouro, exibindo um aumento de até 58%, "Disse Ribeiro de Barros." Em comparação, as nanoesferas de ouro promoveram um aumento bem menor de 13%. O maior aumento correspondeu ao efeito de ressonância entre as superfícies das nanoestrelas e da radiação do laser. ”

A magnitude considerada aqui é a ressonância de plasma de superfície localizada (LSPR). Enquanto o LSPR das nanoesferas absorve a 525 nanômetros, o das nanostars atinge 700 nm, muito mais perto do comprimento de onda do laser infravermelho, que é 808 nm.

"A luz incidente desencadeia processos movidos por energia nas nanopartículas de ouro, como um aumento na temperatura ou efeitos eletrônicos, e isso afeta as propriedades das enzimas que são imobilizadas em suas superfícies, “Disse Ribeiro de Barros.“ Foi possível concluir que o aquecimento fototérmico localizado nas superfícies das nanostars de ouro promovido pela excitação do LSPR levou a um aumento da biocatálise da lipase. Esta conclusão pode ser estendida a outras combinações de enzimas e nanopartículas plasmônicas. "

A ampla gama de aplicações potenciais inclui biocatálise para acelerar reações químicas em escala industrial e controle in vivo de enzimas causadoras de doenças. Em um futuro mais distante, esse tipo de processo poderia ser usado para tratar doenças como Parkinson e Alzheimer. Mais pesquisas serão necessárias antes que se torne uma alternativa genuína, claro.

"Do ponto de vista médico, o objetivo principal do estudo foi apontar soluções em um futuro próximo para o tratamento de doenças sem a necessidade de cirurgia invasiva e com uma abordagem espacial e temporal específica para evitar os efeitos colaterais dos métodos atuais, “Disse Ribeiro de Barros.