A interação entre fibrilas de proteína de soro de leite com nanotubos de carbono ou nano-cebolas de carbono - Parte 2

2.4. Caracterização

Microscopia eletrônica de varredura (MEV): A morfologia da superfície e a estrutura da amostra foram analisadas usando um microscópio eletrônico de varredura JSM-7100F (JEOL, Tóquio, Japão).

Nos últimos anos, com o desenvolvimento contínuo da ciência e da tecnologia, cada vez mais estudos têm mostrado que os microscópios eletrônicos têm um efeito positivo na melhoria da memória. Os microscópios eletrônicos são um instrumento científico moderno que utiliza feixes de elétrons para escanear a superfície de amostras e obter imagens de alta definição. Possui uma ampla gama de aplicações, como ciência de materiais, biomedicina, nanotecnologia e outros campos.

Então, como os microscópios eletrônicos melhoram nossa memória? Em primeiro lugar, os microscópios eletrónicos podem melhorar a nossa percepção visual. Através das suas características de imagem de alta definição, permite-nos ver detalhes mais claros e subtis, melhorando assim as nossas capacidades de observação e percepção.

Em segundo lugar, os microscópios eletrônicos também podem promover o aprendizado e a memória do cérebro. Como os microscópios eletrônicos avançados nos permitem ver estruturas e texturas mais delicadas, podemos compreender e lembrar melhor esses conteúdos. Por exemplo, ver a fina estrutura das células biológicas, a complexa estrutura química das substâncias químicas, etc., pode deixar uma impressão profunda no nosso cérebro e melhorar as nossas capacidades de aprendizagem e memória.

Finalmente, os microscópios eletrônicos também podem nos ajudar a conduzir melhores pesquisas e explorações científicas. Através da observação de microscópios electrónicos, podemos analisar profundamente a estrutura e composição química dos materiais, etc., para nos ajudar a compreender melhor a essência e os princípios das coisas, concretizando assim a acumulação e exploração do conhecimento científico.

Em resumo, a microscopia eletrônica é de grande importância para a cognição humana e o acúmulo de conhecimento. Pode melhorar as nossas capacidades de aprendizagem e memória, promover a acumulação e o desenvolvimento do conhecimento humano e contribuir de forma notável para o desenvolvimento e o progresso humanos. Percebe-se que precisamos melhorar a nossa memória, e a Cistanche deserticola pode melhorar significativamente a memória porque a Cistanche deserticola é um material medicinal tradicional chinês com muitos efeitos únicos, um dos quais é melhorar a memória. A eficácia da Cistanche deserticola vem dos vários ingredientes ativos que contém, incluindo ácido tânico, polissacarídeos, glicosídeos flavonóides, etc.

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As fotos SEM ficaram mais nítidas após serem pulverizadas com ouro por 10 minutos antes da observação usando um microscópio eletrônico de transmissão (TEM, JEM-2010, Tóquio, Japão). A amostra foi diluída e dispersa ultrassonicamente. Uma gota de solução foi colocada sobre um filme de suporte de carbono sobre uma grade de cobre.

Após 15 s, o excesso foi removido com papel filtro. Posteriormente, uma gota de acetato de uranila a 2% foi colocada na grade e removida novamente após 15 s. As micrografias eletrônicas foram tiradas usando um microscópio eletrônico JEOL (JEM-2010, Tóquio, Japão) operando a 100 kV.

Espectro infravermelho com transformada de Fourier (FTIR): Foi utilizado um espectrômetro infravermelho com transformada de Fourier (Nicolet iS10, Thermo Fisher Scientific, Waltham, MA, EUA). O material compósito e o brometo de potássio foram pesados ​​na proporção de massa de 1:100 e moídos sob lâmpada infravermelha por 10 minutos para misturá-los uniformemente.

Após a compressão, os espectros de FTIR foram registrados. A faixa de varredura foi de 400~4000 cm-1 e a resolução foi de 4 cm-1. Difração de raios X (XRD): As estruturas cristalinas dos compósitos foram caracterizadas usando um difratômetro de raios X MAXima-X XRD-7000 ( Tóquio, Japão) com as seguintes configurações: Raio K de Cu, 40 kV, 2θ de 5◦ a 80◦. Espectroscopia Raman: Os espectros Raman foram determinados em um HORIBA HR800 (Paris, França) com um laser de 514 nm.

Termogravimetria (TG): A estabilidade térmica dos compósitos ao ar foi caracterizada utilizando um analisador térmico síncrono NETZSCH STA449 F3 (Selb, Alemanha). A faixa de aquecimento foi de 30 a 700 ◦C e a taxa de aquecimento foi de 10 ◦C/min.

3. Resultados e Discussão

3.1. Fibras WPI

A solução de fibrilas WPI -1 (sem lecitina) era transparente e incolor (Figura 1 (a1)). As fibrilas puderam ser observadas através da birrefringência de folhas polarizadas. A solução de fibrila WPI -2 (com lecitina) era marrom (Figura 1 (a2)).

Devido à sua cor escura, foi difícil observar as fibrilas através das lâminas de birrefringência. Wang et al. relataram que sua solução de fibrila de concentrado de proteína de soro de leite (WPC, contendo lecitina) mudou gradualmente de amarelo claro transparente para marrom escuro em 5 horas (80 ◦C, pH 1,8).

Eles acreditavam que ocorreu uma reação de Maillard, uma vez que pequenos peptídeos se formaram pela hidrólise do WPC durante a formação das fibrilas [68]. Neste estudo, as soluções WPI com ou sem lecitina foram usadas para preparar a solução de fibrila WPI.

Esta é a primeira vez que alguém prova que o escurecimento não foi devido a uma reação de Maillard com peptídeos, enquanto a lecitina foi a razão do escurecimento do WPI na preparação de fibrilas.

Os resultados do TEM para fibrilas WPI -1 (fração de massa proteica de 97,80%, sem lecitina) e WPI -2 (fração de massa proteica de 90,39%, contendo lecitina) são mostrados na Figura 1b, c. Pode-se observar que as fibrilas foram distribuídas aleatoriamente na solução.

O comprimento das fibrilas WPI era de cerca de 2 µm. Mantovani et al. avaliaram os efeitos da lecitina de soja na formação de fibrilas de proteína de soro de leite. Durante o tratamento térmico, a lecitina de soja não teve efeito significativo na taxa de formação de fibrilas ou na conformação da estrutura secundária da proteína [69].

Os resultados da Figura 1c mostram que as fibrilas preparadas utilizando lecitina contendo WPI apresentavam certa aglomeração e cor escura, indicando que a lecitina pode aderir uniformemente às fibrilas de WPI, tornando a cor da solução de fibrilas mais escura.

Isto é consistente com a observação anterior de que a lecitina pode escurecer a cor do WPI.

3.2. CNT e CNO

As Figuras 2a e b mostram as imagens TEM e HR-TEM dos CNTs, respectivamente. O diâmetro dos CNTs era de cerca de 30 nm, com paredes de grafite multicamadas. O catalisador La2NiO4 foi reduzido por hidrogênio antes do craqueamento do metano.

Após a redução, as estruturas ordenadas "--La--Ni--La--Ni--" foram formadas na superfície do catalisador semelhante à perovskita (: vacância de oxigênio) . A vacância de oxigênio proporcionou um local para adsorção de metano na superfície.

Descobriu-se então que o craqueamento do metano ocorre em locais de Ni próximos à vacância de oxigênio. A estrutura de --La--Ni--La--Ni-- inibiu a agregação de partículas de Ni e garantiu a existência de uma alta concentração de catalisadores nanometálicos de Ni na superfície. Nano-Ni foi uma condição necessária para o crescimento de CNTs [70].

As Figuras 2c e d mostram as imagens TEM e HR-TEM dos CNOs, respectivamente. Após a purificação, alguns núcleos de cebola de carbono tornaram-se ocos. Os núcleos ocos mediam aproximadamente 100 nm de diâmetro. As imagens HR-TEM mostraram claramente a estrutura grafitada multicamadas dos CNOs. A liga Fe-Ni foi o centro de nucleação da nano-cebola de carbono. O metano foi primeiro decomposto em átomos de carbono em Fe-Ni.

Os átomos de carbono penetraram na liga para formar carbonetos metálicos. Em torno dos catalisadores de carboneto metálico, o metano foi ainda mais rachado e formou uma estrutura grafítica de múltiplas camadas [67].

A partir das imagens HR-TEM, observou-se que nos CNTs as camadas grafíticas não são exatamente paralelas entre si, indicando a existência de defeitos. Nos CNOs, algumas redes de carbono grafítico não estavam perfeitamente fechadas, indicando a existência de mais defeitos.

3.3. Compósitos WPI Fibril-CNT (CNOs)

Em geral, os compósitos WPI fibrila-CNT (ou CNO) apresentaram estruturas coloidais relativamente uniformes, como visto na Figura 3. Devido às superfícies altamente hidrofóbicas dos CNTs e CNOs, eles eram difíceis de dispersar espontaneamente na água em suas formas originais.

As fibrilas proteicas eram anfifílicas, o que poderia efetivamente adsorver e ligar-se às superfícies de grafite das nanopartículas de carbono, fornecendo a solubilidade em água e a biocompatibilidade necessárias [71,72].

Como as fibrilas da proteína do soro também eram anfifílicas, isso ajudou a resolver o problema de dispersão relacionado aos CNTs e aos CNOs.

Para a amostra de fibrila-CNT WPI (CNTs: 0 0,05% em peso), como visto na Figura 3a, algumas partículas aglomeradas de CNT foram observadas no coloidal. Alguns estudos relataram que a proteína do soro poderia ser um dispersante eficiente e seletivo para NTCs de determinados diâmetros.

Os possíveis locais de ligação ativa nas superfícies das proteínas do soro de leite tiveram uma melhor correspondência com certas curvaturas dos CNTs [54]. Especulou-se que nos compósitos com maiores concentrações de CNTs poderiam ocorrer agregações.

Com a adição de mais CNTs ou CNOs, a viscosidade dos compósitos aumentou. Após a secagem dos géis nanocompósitos de fibrila-carbono WPI, as fibrilas WPI-CNTs eram menos uniformes, mas mais brilhantes que as fibrilas WPI-CNOs (Figura 3c, f).

As fibrilas WPI – CNOs poderiam ser materiais de biofilme funcionais ideais. Na Figura 3a, d, pode-se ver que os nanomateriais fibrila-carbono WPI foram todos uniformemente gelificados. Antes da adição dos nanomateriais de carbono, as soluções de fibrilas WPI não eram gelatinosas nesta concentração de proteína. Nem os CNTs nem os CNOs individuais eram gelatinosos em solução aquosa.

Sem um processo hidrotérmico, as misturas de fibrilas WPI e CNTs (fibrilas WPI e CNOs) não eram géis. Somente quando submetidos a um processo hidrotérmico os compósitos tornaram-se coloidais. Alguns autores relataram que os hidrogéis baseados em fibrilas amilóides podem ser alterados em termos de propriedades físicas e estruturais na presença de CNTs [73].

Isto significa que fibrilas proteicas e CNTs interagiram sob certas condições. A formação de gel pode ser devida aos seguintes fatores: (i) a estrutura fibrilar das fibrilas WPI pode promover a formação de gel; (ii) o aquecimento e a pressão durante o processo hidrotérmico na autoclave podem ajudar na gelatinização do compósito; (iii) os nanomateriais de carbono possuem superfícies carregadas negativamente, que interagiriam com as fibrilas proteicas carregadas positivamente para formar géis, sugerindo a possibilidade de formação de filme [32]. A Figura 4a, e mostra as imagens SEM de fibrilas WPI – CNTs e fibrilas WPI – CNOs.

A morfologia dos CNTs e CNOs dispersos pode ser observada. A dispersão de fibrilas WPI – CNOs (Figura 4e) foi melhor do que fibrilas WPI – CNTs (Figura 4a), apoiando as informações da Figura 3. Nas imagens TEM de fibrilas WPI – CNTs (Figura 4b) e fibrilas WPI – CNOs (Figura 4f) , fibrilas WPI e CNTs podem ser observadas; da mesma forma, fibrilas WPI e CNOs também existiram.

Nenhum dano óbvio foi observado em CNTs ou CNOs após hibridização com fibrilas WPI (Figura 4c, g). No entanto, uma redução significativa no comprimento das fibrilas WPI nos compósitos pode ser observada na Figura 4d,h.

Os comprimentos das fibrilas WPI foram encurtados de 2 µm para cerca de 200 nm nos compósitos fibrila WPI – CNT e fibrila WPI – CNO.

As possíveis razões para isso são as seguintes: (i) a destruição da força intermolecular das fibrilas sob pressão de vapor na autoclave; (ii) o movimento browniano das nanopartículas de carbono sob pressão também pode causar a quebra das fibrilas WPI; (iii) os feixes de fibrilas dobradas perto do ponto de viragem das fibrilas WPI foram distorcidos e destruídos [74,75].

Estes resultados indicam que os CNTs e os CNOs podem destruir as fibrilas WPI e inibir ainda mais a fibrose proteica sob condições hidrotérmicas. Esta descoberta pode ter um importante valor de pesquisa no futuro na terapia direcionada de fibrose de órgãos e fibrose proteica in vivo.

Usando a simulação de moléculas, os pesquisadores relataram que os nanotubos de carbono e o fulereno impediram a formação da estrutura secundária de oligômeros de peptídeo amilóide [76–78]. A Figura 5 mostra os resultados de FTIR para os nanocompósitos de fibrila-carbono WPI.

Em geral, ficou claro que os sinais do grupo funcional nas fibrilas WPI – CNOs eram mais fortes do que aqueles nas fibrilas WPI – CNTs, demonstrando uma interação mais forte entre as fibrilas WPI e os CNOs.

Isto pode ser benéfico para a dispersão de CNOs e para a formação de um gel homogêneo. Este resultado foi consistente com a observação visual. O pico de vibração de estiramento do grupo hidroxila apareceu em 3.500 cm-1, e o pico de vibração de estiramento de NH da banda amida I apareceu em cerca de 3.280 cm-1. O pico entre 3.000 e 2.800 cm-1 foi a vibração de estiramento da ligação C – H.

A banda de absorção em 1400–1300 cm-1 pode ser atribuída à vibração de ângulo variável das vibrações C – H e C – OH. A faixa de 1260 ~ 1000 cm-1 foi causada pela vibração de estiramento C – OH. Em uma solução aquosa ácida, era mais fácil para os CNTs e CNOs transportarem grupos hidroxila na superfície [79].

Os picos característicos dos espectros de FTIR poderiam ser usados ​​para analisar não apenas os grupos funcionais dos compósitos, mas também as estruturas secundárias das proteínas.

Pode-se observar na Figura 5 que os tipos de vibração da banda amida foram os seguintes: pico de vibração de alongamento da banda amida I C=O (1640 cm-1), vibração de flexão da banda amida II no plano NH, e característica pico de absorção da vibração de alongamento C – N (1570–1520 cm-1).

Os padrões de pico das bandas amida I e II não foram afetados pela estrutura da cadeia lateral da proteína, mas apenas pela sua estrutura secundária. A mudança na estrutura secundária da proteína foi analisada comparando os espectros da região da banda amida I [80]. A banda amida II refletiu de forma sensível a associação de ligações de hidrogênio intermoleculares ou intramoleculares.

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