Nanoestructuras fotónicas basadas en proteínas inspiradas en cefalópodos

Nanoestructuras fotónicas basadas en proteínas inspiradas en cefalópodos


En un artículo reciente publicado en la revista ACS Applied Materials & Interfaces, se secuenciaron proteínas reflectantes, se produjeron de forma recombinante y se autoensamblaron para imitar la respuesta fotónica de la piel del calamar. Sepioteuthis. lección en nanopartículas esféricas mediante la combinación de Reflectin B1 con un ligando de química de clic.

Nanoestructuras fotónicas basadas en proteínas inspiradas en cefalópodos

Estudio: recubrimientos fotónicos sintonizables miméticos de cefalópodos compuestos de nanopartículas de proteína de reflectina cuasi-monodispersas. Crédito: Fotografía de Mekan/Shutterstock.com

Inspirado en los cefalópodos

Los cefalópodos (sepia, choco y sepia) son maestros naturales del camuflaje. Utilizan la metacrosis para regular de manera adaptativa la morfología de las células de la piel, los iridóforos y los cromatóforos para controlar la coloración corporal y los patrones corporales. Los reflectores de Bragg, que usan interferencia constructiva de película delgada y espaciado periódico de cristales fotónicos, se usan comúnmente en materiales refractivos y reflectantes iridiscentes.

los calamares pertenecen Loliginidae familia, incluido S.Lesioniana, el tema de este estudio, tienen la capacidad inusual de sintonizar y controlar la organización interna y la regularidad de las placas reflectoras tipo Bragg contenidas dentro de los iridóforos, que están compuestos en su totalidad por proteínas conocidas como reflectinas. La iridiscencia dinámica resultante es un reflejo dependiente de la longitud de onda y del ángulo que crea una amplia gama de colores vibrantes.

Estudios anteriores han demostrado que la fosforilación/desfosforilación de nanopartículas reflectantes condensadas en placas reflectantes controla estas propiedades fotónicas adaptativas. La fosforilación transfiere rápidamente las cargas negativas a las reflectinas cargadas positivamente, lo que resulta en la neutralización de la carga y la reducción del tamaño de las nanopartículas y, posteriormente, el desplazamiento hacia el azul de la emisión de longitud de onda.

Controlar el tamaño de las reflectinas puede controlar su color.

Debido a sus propiedades únicas, los reflejos se han utilizado para crear sustratos biofotónicos estructuralmente coloreados. Recientemente se informó que las reflectinas de longitud completa pueden autoensamblarse en nanopartículas bien controladas y luego integrarse en recubrimientos fotónicos.

Se planteó la hipótesis de que el color de los recubrimientos/películas compuestas de nanopartículas reflectantes recombinantes podría controlarse neutralizándolas en estructuras fotónicas y regulando su tamaño.

Características principales de la investigación.

El desarrollo de nanopartículas basadas en reflectina se reguló por primera vez en este estudio presentando el DBCO-sulfo-NHS-éster y solo cambiando los parámetros de diálisis posteriores a la purificación con ACN. El enfoque de conjugación y autoensamblaje se centró en la química coloidal básica y se realizó en condiciones específicas que incluyen presión ambiental, circunstancias fisiológicas (pH 7,0) y temperatura ambiente.

El ligando de la química del clic ofrecía muchas ventajas. El tamaño de las nanopartículas podría controlarse con cuasi-monodispersidad. Las nanopartículas de proteína sintetizadas por DBCO se ajustaron a través de la química de clics, lo que permitió que una variedad de conjugados de ligandos alteraran la reactividad fotónica y la química de la superficie.

Los resultados mostraron que SlRF-B1 unido a DCBO puede autoensamblarse en nanopartículas de diferentes tamaños con una distribución de tamaño regulada. La fabricación de partículas grandes también permitió a los investigadores aprender más sobre la coalescencia de proteínas y el proceso de autoensamblaje de las reflectinas.

Modulación de los colores deseados

Las películas monocapa con tamaños de nanopartículas que van de 170 a 310 nm proporcionaron colores estructurales que van desde el azul hasta el infrarrojo cercano. El pico de orden superior no interfirió con la muestra de nanopartículas rojas de 270 nm porque estaba en la región UV. Cuando el tamaño de las nanopartículas fue igual a la longitud de onda observable, se observaron las propiedades de dispersión de una sola partícula.

El pico de resonancia de orden superior con mayor unión óptica cambió a la región de longitud de onda azul para los recubrimientos de nanopartículas de 660 nm, por lo que no se observó coloración arquitectónica roja. Se logró un recubrimiento de color rojo intenso mediante la combinación de nanopartículas de 660 nm con azida de cumarina-343X, un método que replica la función de la xantomantina en los cromatóforos de calamar.

Ventajas y aplicaciones de los recubrimientos fotónicos desarrollados

Los recubrimientos realizados con inmovilización química clic se mantuvieron estables durante más de un año a temperatura ambiente sin necesidad de un almacenamiento especial. Gracias a la capacidad del ligando de molécula única DBCO-sulfo-NHS-éster para inducir la evolución regulada de nanopartículas, el estudio pudo mostrar el autoensamblaje de nanopartículas de reflectina resuelto en el tiempo.

En general, esta investigación crea un área más grande para las nanoestructuras fotónicas basadas en proteínas en sensores y pantallas optoelectrónicos, con el potencial de expandirse a otros sectores, como los nanoportadores para la administración regulada de fármacos.

Debido a que los revestimientos se pueden adaptar para reflejar la luz del infrarrojo cercano, pueden ser útiles para aplicaciones comerciales en revestimientos de ventanas en ambientes tropicales al reducir la absorción infrarroja y la huella de carbono del aire acondicionado.

referencia

Loke, JJ, Hoon, S y Miserez, A (2022). Recubrimientos fotónicos sintonizables miméticos de cefalópodos compuestos de nanopartículas de proteína de reflectina cuasi-monodispersas. Interfaces y materiales aplicados de ACS. Disponible en: https://doi.org/10.1021/acsami.2c01999

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