OBTENÇÃO DE CoFe2O4 NPs FUNCIONALIZADAS PARA EXTRAÇÃO DE PROTEÍNAS

ISBN 978-85-85905-23-1

Área

Química Inorgânica

Autores

Rocha, S.M. (UFPI) ; Oliveira, C.B.S. (UFPI) ; Magalhães, E.S.S. (UFPI) ; Vieira, E.C. (UFPI) ; Lopes Junior, C.A. (UFPI) ; Magalhães, J.L. (UFPI)

Resumo

O uso de nanopartículas superparamagnéticas para extração de proteínas tem despertado atenção, pois possibilita o diagnóstico e tratamento de diversos tipos de doenças. Este trabalho consiste na funcionalização de CoFe2O4 NPs para extração proteínas. Para isso, CoFe2O4 NPs foram sintetizadas por coprecipitação e funcionalizadas com quitosana e glutaraldeído. A formação de nanopartículas esféricas de CoFe2O4 foi confirmada pelas técnicas de DRX e MEV. Além disso, a incorporação de quitosana e glutaraldeído foram confirmados por FTIR através do surgimento de absorções referentes a ligações C-H e C=N. Para extração da albumina sérica bovina, o nanomaterial proposto apresentou uma eficiência de 9,7 ± 0,6 (%), mostrando a aplicabilidade do suporte para extração de proteínas.

Palavras chaves

CoFe2O4 NPs; Funcionalização de NPs; Extração de proteínas

Introdução

Estratégias de extração de proteínas dos mais diversos meios têm atraído grande atenção da comunidade científica, já que revela a possibilidade de exposição de proteínas minoritárias à quantificação, facilitando o diagnóstico e tratamento de diversos tipos de doenças (ARRUDA et al., 2017). O uso de nanopartículas em processos de extração proteica tem ganhado destaque devido à grande razão área/volume, que promove a potencialização de propriedades desses sistemas (LI et al., 2018). Dentre as nanopartículas usadas em processos de extração de proteínas, a ferrita de cobalto (CoFe2O4 NPs) atrai interesse devido propriedades como caráter superparamagnético e superfície funcionalizável, melhorando as propriedades de interação entre o suporte e analito (ALTUN et al., 2015). A soma líquida de todas as forças que atuam sobre nanopartículas magnéticas confere uma instabilidade intrínseca, promovendo sua agregação e representando uma limitação (LU et al., 2011). Dessa forma, a estabilização das nanopartículas ocorre através da incorporação de moléculas na sua superfície que impedem a agregação a partir de efeitos de natureza estérica ou eletrostática. A quitosana (Quit) é um biopolímero bastante utilizado para estabilização de nanopartículas, pois confere uma maior estabilidade térmica, resistência mecânica e possibilita aminofuncionalização de nanopartículas (ZANG et al., 2014). O glutaraldeído (GA) é um agente bifuncional bastante utilizado, já que permite a realização de ligações cruzadas entre o suporte magnético e a proteína, facilitando o processo de extração (SARNO et al., 2017). Nesse contexto, este trabalho consiste na funcionalização de CoFe2O4 NPs com Quit e GA, caracterização e testes iniciais de extração da proteína albumina sérica bovina (ASB).

Material e métodos

Para obtenção das CoFe2O4 NPs, uma mistura de sais CoCl2.6H2O e FeCl3.6H2O, na proporção molar de 1:2, respectivamente, foram submetidos à 94 °C, agitação vigorosa e atmosfera de N2. Feito isso, gotejou-se uma solução de NaOH 5,0 mol L-1 e o sistema permaneceu sob as condições reacionais por 10 minutos. Em seguida, as NPs foram lavadas com etanol até obtenção do pH 7,0, secas a 90 °C e calcinadas a 300 °C por 30 minutos. Para estabilização das CoFe2O4 NPs com quitosana, 1,0 g das NPs obtidas foram dispersas em 25,0 mL de solução constituída de 0,125g de quitosana solubilizada em ácido acético 1% (v/v). O sistema reacional permaneceu sob agitação vigorosa por 30 min e então, adicionou-se 25,0 mL de solução de NaOH 1,0 mol L-1. Feito isso, as nanopartículas de CoFe2O4-Quit foram lavadas até obtenção do pH neutro e secas a 70 °C por 3h. Para funcionalização do nanomaterial CoFe2O4-Quit com GA, o suporte obtido anteriormente foi disperso em 30,0 mL de solução de GA 2,5% (v/v), submetido à agitação constante sob temperatura ambiente por 2h. Por fim, o suporte CoFe2O4-Quit-GA foi lavado três vezes com água e seco a 70 °C por 3 horas. Para realização dos testes de extração, a carga superficial das CoFe2O4-Quit-GA foi modificada com ácido acético 1% (v/v). Feito isso, o suporte magnético foi disperso em uma solução de albumina sérica bovina 1 mg mL-1 por 30 minutos à 250 rpm. Em seguida, as NPs foram separadas com auxílio de um imã e o sobrenadante foi analisado para determinação do teor de albumina pelo método de Bradford.

Resultado e discussão

As CoFe2O4 NPs foram evidenciadas qualitativamente pela obtenção um pó preto fortemente magnético. A análise de DRX (Figura 1A) confirmou a estrutura cúbica de face centrada do tipo espinélio invertido, de acordo com o padrão JCPDS 00-001-1121, característico das CoFe2O4 NPs e permitiu estimar que o tamanho do cristal é de 5 nm. A análise de MEV (Figura 1B) confirmou a obtenção de um material nanométrico de morfologia esférica, caracterizado pela formação de aglomerados devido a instabilidade intrínseca de nanopartículas. A incorporação de Quit e GA nas CoFe2O4 NPs foi evidenciada através da reação com ninidrina (Figura 2A), em que o suporte CoFe2O4-Quit promoveu a formação do composto Roxo de Ruhemann, de coloração púrpura que possui uma banda de absorção em 568 nm, confirmando a presença da quitosana no nanomaterial. A modificação do suporte com GA promove o consumo dos grupos NH2 superficiais da quitosana para formação da ligação imina, impossibilitando a reação com ninidrina. A modificação das NPs também foi confirmada FTIR (Figura 2B). Para as CoFe2O4 NPs, observou-se a presença de uma absorção em 600 cm-1, referente ao νFe-O. A incorporação da quitosana foi confirmada através do surgimento de absorções na região compreendida entre 2800-3000 e 1155 cm-1, referentes aos νC-H e grupo glicosil, respectivamente. A incorporação do GA no suporte CoFe2O4-Quit foi observada através do surgimento de uma absorção em 1643 cm-1, referente ao νC=N. A aplicação do nanomaterial CoFe2O4-Quit-GA na extração de ASB permitiu a obtenção de uma eficiência de 9,7 ± 0,6 (%), valor próximo ao relatado pela literatura para esse tipo de material, mas que revela a necessidade de otimização de parâmetros de extração como tempo, pH, proporção entre NPs e proteína, dentre outros.

Difratograma de Raios X e imagem de MEV das NPs obtidas


Espectros de UV-Vis para teste da ninidrina e Espectros de FTIR obtidos em KBr

Conclusões

Este trabalho consiste na funcionalização de CoFe2O4 NPs com quitosana e glutaraldeído para extração de proteínas. A obtenção nanoesferas de CoFe2O4 NPs foi confirmada por DRX e MEV. A incorporação da quitosana e glutaraldeído às CoFe2O4 NPs foi confirmada por FTIR, através do surgimento de absorções em 2800-3000, 1155, e 1643 cm-1, referentes aos grupos C-H, glicosil e C=N, respectivamente. Além disso, o nanomaterial proposto apresentou uma eficiência de extração de 9,7 ± 0,6 (%), revelando a necessidade de otimização de parâmetros de extração.

Agradecimentos

Ao Laboratório de Analítica da UFPI pelo suporte na realização desta pesquisa.

Referências

ALTUN, S. et al. A facile and effective immobilization of glucose oxidase on tannic acid modified CoFe2O4 magnetic nanoparticles. Colloids and Surfaces B: Biointerfaces, v. 136, p. 963-970, 2015.
ARRUDA, M. A. Z. et al. Depleting high-abundant and enriching low-abundant proteins in human serum: An evaluation of sample preparation methods using magnetic nanoparticle, chemical depletion and immunoaffinity techniques. Talanta, v. 170, p. 199-209, 2017.
LI, R. et al. Tannase immobilisation by amino-functionalised magnetic Fe3O4-chitosan nanoparticles and its application in tea infusion. International Journal of Biological Micromolecules, v. 114, p. 1134-1143, 2018.
LU, G. Q. M. et al. Magnetic nanocomposites with mesoporous structures: synthesys and applications. Small, v. 7, n. 4, p. 425-443, 2011.
SARNO, M. et al. High activity and selectivity immobilized lipase on Fe3O4 nanoparticles for banana flavour synthesis. Process Biochemistry, v. 56, p. 98–108, 2017.
ZANG, L. et al. Preparation of magnetic chitosan nanoparticles as support for cellulase immobilization. Industrial & Engineering Chemistry Research, v. 53, p. 3448-3454, 2014.