Processos enzimáticos para o desenvolvimento Sustentável de (Nano)Materiais Inspirados em Mexilhões

Descrição

A Natureza é uma fonte inesgotável de inspiração para o desenvolvimento de novas classes de (nano)materiais sustentáveis. Por esta razão, tem sido atribuída uma elevada importância à produção destes materiais, com o objetivo de obter características biológicas únicas e semelhantes às dos seus análogos naturais. A polidopamina (PDA), um polímero bio-inspirado nas proteínas adesivas do mexilhão, tem despertado grande interesse como novo revestimento de (nano)materiais e na produção de hidrogéis com propriedades elásticas e bioadesivas. No entanto, devido à sua insolubilidade em água, a principal aplicação dos materiais modificados com PDA centra-se no setor biomédico, nomeadamente na modificação de superfícies para engenharia de tecidos, na administração controlada de fármacos, entre outros. Atualmente, a PDA é obtida por oxidação química da dopamina (DA) em condições alcalinas, o que limita a sua utilização em materiais sensíveis a ambientes de pH elevado. Para ultrapassar essa limitação e ampliar as aplicações da PDA, este projeto exploratório de investigação tem como objetivo o desenvolvimento de uma alternativa promissora para a polimerização da DA, recorrendo a um processo enzimático. A estrutura difenólica da DA torna a lacase um biocatalisador promissor para a sua polimerização oxidativa numa ampla gama de valores de pH, superando as restrições da oxidação química associadas a condições fortemente alcalinas. Atualmente, a principal limitação dos processos biocatalíticos baseados em lacase reside no seu elevado custo comercial. Assim, a produção de lacase por microrganismos recombinantes surge como uma estratégia viável para superar essa desvantagem, permitindo a sua separação e reutilização, sem comprometer a sua atividade catalítica. Neste contexto, a extração e purificação da lacase do meio fermentativo será realizada por extração líquido-líquido (LLE), utilizando sistemas bifásicos aquosos (ABS). Paralelamente, será desenvolvida uma inovadora plataforma integrada e sustentável baseada em ABS, com o propósito de otimizar simultaneamente a produção enzimática da PDA e a extração, recuperação e reutilização da enzima. A lacase purificada será posteriormente utilizada na polimerização da DA. Serão exploradas diversas matrizes de suporte para o revestimento com PDA, incluindo materiais à base de carbono (nanotubos de carbono, grafenos e xerogéis de carbono), materiais naturais (quitosano e colagénio) e materiais poliméricos (ácido polilático, ácido poliglicólico e poliuretano). A funcionalização destes materiais será obtida através da introdução de grupos funcionais específicos na sua superfície. Durante o processo de revestimento, serão analisados parâmetros críticos, como o tempo de contacto entre a PDA e o material, o pH, a temperatura e a concentração da enzima. Os materiais obtidos serão caracterizados em termos de espessura do filme de PDA, carga superficial, porosidade, área superficial e propriedades químicas e estruturais, entre outros. Para alcançar estes objetivos, este projeto exploratório é constituído por uma equipa multidisciplinar de investigadores e estudantes, que promoverá uma troca de conhecimento eficaz e acelerar a obtenção de resultados promissores. Além disso, contribuirá para a intensificação do processo e o desenvolvimento de métodos inovadores e económicos de purificação, resultando na produção de materiais à base de PDA de baixo custo e elevada qualidade. Estes avanços terão um impacto positivo, reduzindo os encargos económicos, sociais e ambientais associados ao setor.