Funcionalização de nanomateriais

Prof. Luciano Pinto

Funcionalização de nanomateriais

• A funcionalização da superfície de nanomateriais ajuda a tornar os nanomateriais biocompatível, melhorando a sua solubilidade;

• A ligação pode ser covalente ou não covalente;

Funcionalização de nanomateriais

• Ligação não covalente:• Interações eletrostáticas • Forças de Van der Waals

• Ligação covalente:• Quimissorção

– Ligação a resíduos de cisteína

– Reagente Traut's • linkers bifuncionais

– Oligoetileno glicol (OEG) ou polietileno glicol (PEG)

(a) Mostra o encapsulamento de um nanotubo por DNA. (b) Distribuição do comprimento dos nanotubos para diferentes frações separadas na coluna de cromatografia de troca iônica.

Funcionalização de nanomateriais Ligação não covalente

Principais rotas químicas utilizadas na funcionalização covalente de nanotubos de carbono.

Adsorção química (quimissorção)Ligação covalente

2 iminothiolane (Reagente Traut's)

protein-protein crosslink: 1.45 nmRNA-protein: 0.5 nm

1. amidination NH2-E Lys

2.1 (protein) formation of S-S bond between incorporated thiols in the presence of H2O2

2.2 (RNA) UV = 350 nm

Adsorção química (quimissorção)

• Acilação

O termo acilação cobre todas as reações que resultem na introdução de um grupo acila em um composto orgânico.

• Oxidação (Carboxilação)

Inicialmente foi feita pela mistura de H2SO4 e HNO3 (3:1) concentrados

Adsorção química (quimissorção)

• Halogenação

– As reações de halogenação nos nanotubos de carbono podem ocorrer com a formação direta de ligação entre o átomo de carbono e o átomo de halogênio, ou através da formação de um haleto de ácido.

Adsorção química (quimissorção)

• Geração de carbânions na parede dos NTC– Utiliza organolítio e hidretos como fonte geradora de

carbânions na superfície dos nanotubos.

Adsorção química (quimissorção)

Representação esquemática da carboxilação de nanotubos de carbono.

Adsorção química (quimissorção)

Rota química usada para anexar grupos COOH em nanotubosde carbono e subseqüentemente converter em outros radicais desejados, como o CO-NH2

Adsorção química (quimissorção)

Representação. esquemática da ligação de proteínas a NTCs via amidação com diimida

Adsorção química (quimissorção)

Ligação de DNA a NTC. (A e b) Ésteres de N-Hidroxisuccinimida formado em SWNT carboxílados são deslocados pelo ácido nucléico formando ligação amida.

(C) fragmento de DNA com uma única extremidade da fita.

Adsorção química (quimissorção)

• Funcionalização (exemplo) – 1g de MWNT + 50mL de solução de HNO3 14mol.L-1, e

deixado em um sistema de refluxo sob temperatura de 120ºC por 15 horas.

– Os nanotubos funcionalizados são filtrados à vácuo utilizando filtro de fibra de vidro Millipore, lavados extensivamente com água deionizada até a obtenção de um pH próximo a 7,0 e secos por 48 horas em estufa a 60ºC.

Adsorção química (quimissorção)

(a) Configuração estrutural da alanina interagindo com um SWNT dopado com B; (b) plot da distribuição total de carga indicando a forte interação da molécula com o nanotubo dopado

Figura 9. (a)-(f) Imagem de microscopia eletrônica de transmissão denanotubos de carbono recobertos com Ti, Ni, Pd, Au, Al e Fe. As figuras (g) e (h) correspondem a estruturas otimizadas através de simulações para clusters de Fe e Mn, respectivamente

Linkers bifuncionais

Poli etileno glicol

Tetra (etileno glicol)

Oligo (etileno glicol)

Linkers bifuncionais

Funcionalização de proteínas

TEM image of ferritina-CNx MWNT conjugados

Funcionalização de proteínas

Imagens AFM de BSA-CNx MWNT conjugados

Nanossensores

Nanossensores

• Aptâmeros são pequenas moléculas de ácido nucléico (DNA/RNA) fita simples

• adotam um vasto número de estruturas tridimensionais• capazes de se ligar forte e especificamente a qualquer molécula alvo, como íons, grandes proteínas e células específicas.

Aptâmeros de DNA específicos para cocaína

Detecção colorimétrica

Nanossensores

Detecção colorimétrica

a) agregação de nanopartículas induzida por DNA,b) detecção de DNA por ligação tripla com nanopartículas de ouro.

Nanossensores colorimétrico

Nanossensores

Detecção fluorescentes

NanossensoresDetecção fluorescentes

Nanopartículas catiônicas tem a

fluorescência inibida por um polímero

poli(p-fenileno-etileno)

(PEP)

Inibição competitiva da fluorescências

Detecção eletroquímica

Nanossensores

a) Eletrodo com a enzima Glicose oxidase (GOx) pela reconstituição da apo-enzima em uma nanopartícula de ouro FAD-funcionalizada. b) Parcela do atual desenvolvido pelo reconstituído GOx eletrodo na presença de diferentes concentrações de glicose. c) a detecção elétrica de DNA com base no sanduíche''''hibridização com DNA-AuNPs funcionalizados seguido por deposição de prata.

Nanobiossensores-Aplicação prática

Mulheres grávidas têm excesso de hormônio HcG na urina – este hormônio temuma estrutura protéica que se liga a uma sequência específica complementardo DNA – este fragmento do DNA está ligado à NPs de Au, que muda a cor doplasmon quando o hormônio se liga ao DNA (vermelho). Ausência de hormônio,apresenta cor azul!

http://www.1stresponse.com/

Teste doméstico de gravidez “First response” – NPs de ouro

• DNAzyme ou ribozimas?

Nanossensores