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Em nossa busca por energia limpa e soluções de saúde sustentáveis, materiais avançados com propriedades únicas e personalizáveis desempenham um papel crucial. Entre eles, uma nova geração de sólidos porosos conhecidos como estruturas orgânicas covalentes (COFs) tridimensionais (3D) têm gerado considerável interesse devido a aplicações potenciais em catálise, separação, semicondução, condução de prótons e biomedicina. A novidade destes materiais reside na sua síntese, bem como nas suas aplicações. COFs 3D são materiais orgânicos porosos desenvolvidos a partir da ligação de blocos de construção moleculares com fortes ligações covalentes em estruturas tridimensionais reticulares cristalinas, estendidas e semelhantes a redes.
No entanto, a síntese de COFs 3D a partir de unidades de construção pré-projetadas levando a um arranjo “reticular” semelhante a uma rede de partes constituintes ou “topologias de rede” continua sendo um desafio. Isso se deve à escassez de unidades de construção 3D e à reversibilidade inadequada das ligações entre as unidades de construção.
Recentemente, o professor Yuichi Negishi, do Departamento de Química Aplicada, Faculdade de Ciências, Universidade de Ciências de Tóquio, Japão, e seus colegas do Departamento de Química Aplicada, Universidade de Ciências de Tóquio, Dr. Saikat Das, Sr. Taishu Sekine e Sra. Haruna Mabuchi conseguiu pela primeira vez criar uma nova topologia de rede 3D COF exclusiva. “Neste estudo, conseguimos pela primeira vez criar um COF 3D com topologia scu-c (estrutura de rede) conectando nós de um plano regular (4-conectado) com nós de um prisma regular (8-conectado). Este novo COF, ou seja, o TUS-84, possui uma estrutura duplamente interpenetrante com vazios bem definidos”, diz o Prof. Negishi. O estudo foi publicado na ACS Applied Materials & Interfaces no volume 14, número 42 da revista em 17 de outubro de 2022.
Como parte do estudo, os pesquisadores realizaram uma reação de condensação de dois ligantes orgânicos chamados DPTB-Me e TAPP com simetrias diferentes, para produzir COF 3D com um arranjo de constituintes semelhante a uma rede scu-c. A equipe então realizou difração de raios-x em pó (PXRD) e microscopia eletrônica de transmissão de alta resolução (HRTEM) para analisar a estrutura cristalina e as propriedades do COF 3D sintetizado. Os pesquisadores também realizaram modelagem e simulação estrutural, que mostraram grande alinhamento com os recursos experimentais observados, ao mesmo tempo em que forneceram mais informações estruturais.
Os pesquisadores demonstraram ainda que o COF 3D sintetizado possui excelentes propriedades de adsorção de hidrogênio, dióxido de carbono e metano, o que reforça suas perspectivas na captura de carbono e aplicações de energia limpa. Como observa o Prof. Negishi, “O desenvolvimento de COFs apropriados também facilita a recuperação de recursos metálicos e gases nobres, como o argônio, de maneira eficiente em termos de energia. Isso contribui para a melhoria dos problemas de recursos e energia”.
A cereja no topo do bolo para este novo COF 3D é sua eficiência em aplicações de administração de medicamentos. A equipe revelou os recursos de administração de medicamentos do TUS-84 com carregamento eficiente de medicamentos e perfis de liberação sustentada usando ibuprofeno, um medicamento anti-inflamatório não esteróide comum. O TUS-84 mostrou um desempenho de liberação prolongada do fármaco de cerca de 35% após 5 dias. Isto facilita a entrega de concentrações sustentadas de fármaco durante um período prolongado. Como resultado, a frequência da dose pode ser reduzida e um controle mais consistente da dor crônica de longa duração pode ser possível.
As descobertas deste estudo abrem caminho para o desenvolvimento de futuros COFs 3D com topologias exclusivas para aplicações em uma ampla gama de campos, da medicina à remediação ambiental.
Fonte da história:
Materiais fornecidos por Universidade de Ciências de Tóquio. Observação: o conteúdo pode ser editado quanto ao estilo e tamanho.
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