Adriana Pavinatto da Costa.

Bolsa de produtividade em pesquisa do CNPq - nível 2.

Nos últimos anos, a investigação de materiais nanoestruturados baseados na combinação de nanofibras poliméricas e nanopartículas tem demonstrado um crescimento vertiginoso, principalmente no que diz respeito ao desenvolvimento de dispositivos miniaturizados. A redução do diâmetro de fibras poliméricas para a escala sub-micro e nanométrica é responsável por aumentar consideravelmente a área superficial, assim como também gerar materiais finais com elevados desempenhos mecânicos e com maior flexibilização de funcionalização. Mais recentemente, no campo das nanopartículas, os chamados quantum dots de carbono (C-dots) e quantum dots de grafeno (GQDs) têm emergido como excelentes fluoróforos universais em substituição aos QDs preparados a partir de semicondutores, os quais são tóxicos e apresentam baixa solubilidade. C-dots e GQDs apresentam uma combinação única de propriedades, entre elas, excelente fotoestabilidade, biocompatibilidade, efeito bactericida, fotoluminescência ajustáveis em um grande intervalo, e facilidade de interação e funcionalização com biomoléculas. Embora as combinações nanofibras/GQDs e nanofibras/C-dots sejam atrativas para a geração de nanomateriais híbridos com vasto potencial de aplicação, as investigações nessa área ainda são muito escassas. Neste contexto, o presente projeto propõe um estudo sistemático de rotas de preparação de materiais nanoestruturados híbridos a partir da eletrofiação de soluções de polímeros biodegradáveis combinados com C-dots e GQDs. Polímeros solúveis em meio aquoso, e.g., poli (álcool vinílico) (PVA), polímeros aprovados pela FDA, como a policaprolactona (PCL) e polímeros derivados da biomassa (acetato de celulose e quitosana) serão considerados. As rotas de obtenção dos C-dots e GQDs utilizarão a pirólise ou carbonização de pequenas moléculas orgânicas a partir de substratos obtidos de fontes naturais, entre eles ácido cítrico, glicose e grãos de café. Dada a estrutura 3D e porosa das matrizes eletrofiadas e a alta razão área superficial/volume, os nanomateriais produzidos deverão apresentar um excelente potencial de aplicação em áreas biomédicas, como por exemplo em bioimageamento, liberação controlada de fármacos/genes, membranas bactericidas e plataformas sensoriais ópticas. Esses materiais serão posteriormente caracterizados quanto a morfologia e propriedades físico-químicas utilizando técnicas espectroscópicas clássicas, tais como UV-vis e fluorescência, FTIR, assim como também análise térmica (DSC e TG), difração de raios-X e microscopias eletrônicas de varredura e transmissão. Posteriormente, visando futuras aplicações biomédicas, esses materiais nanoestruturados serão validados quanto as suas ações bactericidas e também como sensores ópticos para detecção de analitos diversos, como por exemplo, glicose e metais pesados, como o cromo hexavalente [Cr(VI)].

Biossensores eletroquímicos são dispositivos muito eficazes na detecção de analitos de
interesse para o agronegócio, como contaminantes presentes em alimentos, na água e solo.
Entre os contaminantes de interesse, destacam-se por exemplo, metais pesados, hormônios e
pesticidas. Dentre as principais vantagens da utilização de técnicas eletroanalíticas para detecção
de analitos destacam-se o baixo custo, alta sensibilidade e seletividade, além da possibilidade de
portabilidade do sistema para aplicações em trabalhos de campo5. Nesse contexto, o
desenvolvimento de novos materiais e arquiteturas nanoestruturadas são de fundamental
importância, para melhorar o desempenho de biossensores eletroquímicos, incluindo
sensibilidade, seletividade e limite de detecção. Ainda, as atividades propostas neste plano
contemplam a integração dos biossensores desenvolvidos em dispositivos eletrônicos visando
conferir portabilidade ao sistema para medidas eletroquímicas. Tal abordagem busca a
portabilidade como forma de detecção rápida, o que é de fundamental importância para
monitoramento de analito de interesse em tempo real.

Altas concentrações de ácido úrico no sangue (hiperuricemia) podem acarretar em sérios problemas de saúde tais como desordens gastrointestinais, hipertensão, doenças cardiovasculares e renais, além de artrite gotosa. Atualmente o diagnóstico da concentração de ácido úrico encontrado no sangue é feito através de exame laboratorial configurando análise invasiva e dispendiosa de tempo. Nesse contexto, o presente projeto tem como principal objetivo o desenvolvimento de biossensor eletroquímico portátil para análise da concentração de ácido úrico na saliva visando diagnóstico rápido e não invasivo. Para tanto, eletrodos impressos descartáveis deverão ser utilizados na construção de plataforma sensorial adequada para imobilização da enzima uricase e detecção eletroquímica do ácido úrico. A plataforma será composta de nanomateriais poliméricos, nanopartículas metálicas ou a base de carbono como amplificadores de sinal eletroquímico. Após otimização do biossensor, será desenvolvido um protótipo para aquisição de sinal eletroquímico e correlação com a concentração de ácido úrico contida na saliva através da curva de calibração. O protótipo deverá ser capaz de informar a concentração do analito através de monitor digital. Ainda, espera-se auxiliar no estabelecimento da correlação entre o nível de ácido úrico encontrado na saliva e no sangue de pessoas com hiperuricemia e população em geral. O projeto tem como finalidade iniciar as atividades de pesquisa da proponente no Programa de Pós-Graduação em Engenharia Biomédica da Universidade Brasil (Campus de Itaquera) onde recentemente foi contratada como professora titular.

O projeto tem como objetivo o desenvolvimento de biossensores para detecção do interferente endócrino 17--etinilestradiol, na aquicultura. O 17--etinilestradiol é um hormônio estrógeno sintético e o principal constituinte das pílulas anticoncepcionais mais vendidas no Brasil. Sua liberação no ambiente é frequentemente associada a alterações no sistema endócrino de peixes e animais aquáticos que tenham contato crônico com o interferente. O intuito deste projeto é desenvolver um sistema sensorial de detecção preciso e de baixo custo. As unidades sensoriais serão formadas por enzima ou anticorpo imobilizados em filmes de polieletrólitos ou eletrodos interdigitados recobertos com ouro modificado, através de técnicas de automontagem camada por camada (LbL) e self-assembled monolayer (SAM), respectivamente. Os filmes nanoestruturados serão formados com arquiteturas diferentes em busca de sinergia entre os componentes do filme e os analitos. A sua fabricação será monitorada com várias técnicas experimentais, incluindo espectroscopia de absorção e fluorescência UV-Vis, FTIR e microscopias de força atômica (AFM), eletrônica de varredura (MEV) e de transmissão (MET), que também servirão para caracterizar as propriedades dos filmes. A detecção será feita através de técnicas eletroquímicas, i.e., voltametria cíclica, de onda quadrada e amperometria em soluções padrão e, posteriormente, em amostras reais. Pretende-se também empregar o conceito de seletividade global da língua eletrônica conjuntamente com o conceito de biossensores nas amostras reais de água. Por ser esperada grande quantidade de dados, serão utilizados métodos de visualização de informação no tratamento dos mesmos, visando otimizar a sensibilidade e seletividade dos biossensores.

Quitosana é um polissacarídeo com aplicabilidade em diversas áreas devido às suas propriedades de biocompatibilidade e biodegradabilidade. Em algumas dessas aplicações, a interação da quitosana ocorre diretamente com células, principalmente através de interações eletrostáticas entre as cargas positivas do polieletrólito e a "cabeça polar" dos fosfolipídios carregados negativamente da membrana. Apesar de serem eletrostáticas as principais e mais evidentes forças de interação, elas não são a única forma de interação de quitosana com a membrana celular. Neste projeto propomos investigar efeitos que atuam em sinergia com as interações eletrostáticas visando a compreender os mecanismos de ação da quitosana. Para tal, serão produzidos e caracterizados derivados de quitosana solúveis em clorofórmio, através da reação de acilação, para produzir filmes de Langmuir puros de quitosana modificada e mistos com fosfolipídios. Nesta síntese os grupos hidroxilas de quitosana serão substituídos por grupos acila com cadeias de 14C e 16C, porém o grupo amina será preservado (não substituído), de modo que será possível avaliar: i) a contribuição das hidroxilas em ligações de hidrogênio e ii) a quantificação dos grupos carregados (amina) na interface interagindo com as membranas, através da formação de filmes de Langmuir de quitosana modificada e co-espalhada com fosfolipídios. Sabe-se da literatura que a disposição em cadeias poliméricas é essencial na interação da quitosana com os modelos de membrana. Por este motivo, pretendemos avaliar e controlar a conformação da quitosana em solução, verificando o efeito deste parâmetro na interação com os filmes de Langmuir de fosfolipídios, com uma possível orientação preferencial da quitosana na interface.

Este projeto prevê a síntese de oligômeros de quitosana a partir de quitosana extremamente desacetilada, extraída de β-quitina retirada de gládios de lula, e o emprego destes oligômeros em filmes de Langmuir de fosfolipídios. Esses filmes, que mimetizam uma membrana celular, vêm sendo utilizados em misturas com quitosana para estudo da interação em nível molecular. A interação é devida principalmente a forças eletrostáticas, e a quitosana provoca modificações na estruturação das moléculas de fosfolipídio e na compactação dos filmes. Também serão usados neste trabalho monômeros de quitina e quitosana, a saber, acetil-glucosamina e glucosamina, a fim de modelar a influência do grau de acetilação da quitosana nas interações com monocamadas fosfolipídicas. Desse modo, os oligômeros serão sintetizados para estudo da interação com fosfolipídios visando a um melhor entendimento da atuação de quitosanas junto à membrana celular.

Este projeto visa estudar do comportamento de um derivado anfifílico de quitosana (quitosana alquilada) na interface ar-água, e sua interação com modelos de membranas biológicas. Será estudada a atividade superficial do composto através de medidas de tensiometria, e a interação da quitosana alquilada com modelos de membranas biológicas, utilizando-se monocamadas de Langmuir de fosfolipídios. A caracterização dos filmes mistos fosfolipídio-quitosana será feita preferencialmente por isotermas de pressão e potencial de superfície versus área. Além disso, se utilizará a técnica de microscopia no ângulo de Brewster (BAM) para avaliar a morfologia das monocamadas. Os filmes do derivado de quitosana serão transferidos da interface líquida para a interface sólida usando a metodologia de Langmuir-Blodgett (LB). Os filmes LB poderão ser caracterizados futuramente por uma gama maior de técnicas espectroscópicas e microscópicas.

O presente projeto visa à continuidade do treinamento na técnica de formação de filmes finos e também a introdução ao aprendizado de novas técnicas de síntese e caracterizaçao química aplicada a polímeros naturais. Será aprofundada a investigação da interação entre o polímero natural quitosana e moléculas de fosfolipídios. Serão também sintetizados derivados de quitosana contendo longas cadeias alquílicas e feita a caracterização do produto das sínteses por diversas técnicas.

Este projeto prevê duas atividades principais: (1) aprendizado dos conceitos e técnicas experimentais para a fabricação e caracterização de filmes de Langmuir e Langmuir-Blodgett (LB), inclusive com os procedimentos de utilização de uma sala limpa; (2) pesquisa focalizada na formação de filmes de Langmuir de fosfolipídios, que servem como modelo simplificado de uma membrana celular, e sua interação com moléculas de quitosana.