Pesquisadores desenvolvem vidro peptídico cíclico não covalente de alta entropia para materiais funcionais inteligentes

Pesquisadores do Instituto de Engenharia de Processos (IPE) da Academia Chinesa de Ciências desenvolveram um material sustentável, biodegradável e bioreciclável: vidro de peptídeo cíclico não covalente de alta entropia (HECP). Este vidro inovador apresenta resistência à cristalização aprimorada, propriedades mecânicas aprimoradas e maior tolerância a enzimas, estabelecendo a base para sua aplicação em formulações farmacêuticas e materiais funcionais inteligentes.

Este estudo foi publicado em Natureza Nanotecnologia em 26 de agosto.

Os materiais de vidro há muito tempo são integrais aos avanços tecnológicos e culturais devido às suas propriedades versáteis, como clareza óptica e estabilidade química. No entanto, os materiais de vidro convencionais geralmente dependem de fortes ligações iônicas e covalentes, que representam desafios relacionados à toxicidade, esgotamento de recursos e persistência ambiental. Em resposta, os pesquisadores têm se esforçado para desenvolver materiais de vidro de última geração que priorizem a biodegradabilidade, a bioreciclabilidade e a sustentabilidade.

Uma equipe de pesquisa liderada pelo Prof. Yan Xuehai do IPE foi pioneira no desenvolvimento de vidros biodegradáveis ​​e biorecicláveis ​​com base em componentes de aminoácidos e peptídeos. Esses vidros biomoleculares não covalentes inovadores oferecem uma alternativa sustentável aos vidros e plásticos tradicionais, prometendo benefícios ambientais e ecológicos. No entanto, desenvolver um vidro não covalente estável que tenha um bom desempenho em condições fisiológicas desafiadoras, minimizando a rejeição, tem sido um desafio.

Peptídeos cíclicos (CPs), caracterizados por uma estrutura cíclica conectando as extremidades amino e carboxila, exibem diversas atividades biológicas, estabilidade aprimorada e resistência à degradação enzimática em comparação com suas contrapartes lineares. Isso torna os CPs uma plataforma promissora para o desenvolvimento de vidro não covalente para aplicações biomédicas ou outras aplicações de alta tecnologia. No entanto, sua forte tendência a cristalizar limitou seu potencial na tecnologia de vidro.

Para superar esse obstáculo, a equipe de pesquisa desenvolveu um novo método para obter vidro não covalente estável com base em CPs. Essa abordagem, denominada estratégia de alta entropia, envolveu a incorporação de uma gama diversificada de CPs para criar um ambiente de alta entropia que efetivamente inibiu a cristalização.

Os CPs passaram por um processo de fusão-têmpera, onde foram aquecidos acima de seus pontos de fusão e então rapidamente resfriados para preservar as conformações desordenadas em um estado líquido super-resfriado, levando finalmente à formação de vidro. Notavelmente, os princípios subjacentes a essa estratégia são amplamente aplicáveis ​​à preparação de vidro não covalente de alta entropia composto de outras pequenas moléculas orgânicas.

O vidro HECP resultante exibe resistência à cristalização aprimorada, propriedades mecânicas aprimoradas e maior tolerância enzimática em comparação aos vidros peptídicos cíclicos ou peptídicos lineares individuais. Essas melhorias decorrem do efeito sinérgico da difusão lenta e das arquiteturas de rede hiperconectadas dentro do vidro HECP. Além disso, essas propriedades podem ser adaptadas por meio de ajustes composicionais, tornando o vidro HECP um candidato promissor para sistemas de administração de medicamentos onde a liberação controlada é essencial.

Além disso, o vidro HECP já demonstrou potencial para incorporar outras frações funcionais, como corantes e nanopartículas, contribuindo para o design e desenvolvimento de vidros multifuncionais, sustentáveis ​​e não covalentes.

“A estratégia de alta entropia provou ser um método eficaz para obter vidros não covalentes estáveis, embora ainda esteja confinada a ambientes laboratoriais neste estágio”, disse o Prof. Yan.

Olhando para o futuro, mais pesquisas são necessárias para explorar todo o potencial do vidro HECP em várias aplicações, incluindo o desenvolvimento de vidros HECP com estabilidade térmica ainda maior, a incorporação de grupos funcionais adicionais para melhorar suas propriedades optoeletrônicas e a exploração de métodos de síntese alternativos que evitem o uso de solventes orgânicos ou altas temperaturas.