Nanofibras funcionalizadas com dipéptidos lineares para aplicações em biossensores

Abstract

Os materiais à base de péptidos são uma classe importante de biomateriais e têm sido alvo de interesse crescente recentemente. Os péptidos consistem em sequências de aminoácidos com capacidade de se auto-organizarem em diversas nanoestruturas, e, em geral, apresentam boa biocompatibilidade e atividade biológica. Estes materiais possuem várias vantagens, como boa estabilidade térmica e mecânica, alta piezoeletricidade e propriedades óticas, o que os torna úteis em diversos campos da nanotecnologia e nanomedicina. Nesse contexto, os dipéptidos lineares formados a partir de aminoácidos quirais são bionanossistemas atraentes para explorar as suas propriedades piezoelétricas em aplicações, nomeadamente na produção de energia para alimentar bio(nano)dispositivos, convertendo movimentos mecânicos em eletricidade. Esta dissertação, tem como objetivo, fabricar sistemas híbridos compostos por dipéptidos quirais lineares, micro/nanoestruturados, incorporando-os em fibras de biopolímeros funcionais por meio da técnica de Electrospinning, além de explorar as suas diversas propriedades para aplicações em biossensores. Portanto, neste trabalho, foram produzidos bionanomateriais híbridos compostos pelos dipéptidos quirais lineares Boc-L-fenilalanil-L-Leucina (Boc-L-Phe-L-Leu) e Boc-L-fenilalanil-L isoleucina (Boc-L-Phe-L-Ile), que formam estruturas à nanoescala como nanoesferas (NS) e nanotubos (NT). Seguidamente, os dipéptidos foram incorporados em fibras de biopolímeros previamente selecionados (PLLA, PCL e PMMA), recorrendo à técnica de electrospinning. As imagens de microscopia eletrónica de varrimento revelaram nanofibras com diâmetros médios uniformes. As propriedades dielétricas das nanofibras foram caracterizadas por espectroscopia de impedância, em função da temperatura e frequência. Por forma a aprofundar a caraterização elétrica das amostras, foram realizadas medições das respostas piroelétrica e piezoelétrica das diferentes fibras com dipéptidos. A influência dos parâmetros de síntese nas propriedades dielétricas, piroelétricas e piezoelétricas das micro/nanofibras dipéptido-polímero foi demonstrada, revelando um elevado potencial para aplicações na área da biomedicina e na produção de energia à nanoescala.

Peptide-based materials are a valuable class of biomaterials. Peptides consist of sequences of amino acids that can self-assemble into different nanostructures, and they have been found to demonstrate very effective biocompatibility and biological activity. These materials have many advantages, such as excellent thermal and mechanical stability, high piezoelectricity, and optical properties, so they have been used in various fields of nanotechnology and nanomedicine. In this context, linear dipeptides formed from chiral amino acids are attractive bionanosystems for energy harvesting. Their piezoelectric properties can be explored for applications in energy production, to power small devices, by converting applied mechanical force into electricity. This dissertation aims to manufacture hybrid systems composed of linear, micro/nanostructured chiral dipeptides, incorporate them into functional biopolymer fibers (PLLA, PCL and PMMA), using the Electrospinning technique and explore their multivariate properties for biosensor applications. Thus, in this project, hybrid bionanomaterials composed by linear chiral dipeptides Boc-L phenylalanyl-L-Leucine and Boc-L-phenylalanyl-L-isoleucine, that form nanoscale structures such as nanospheres (NS) and nanotubes (NT), were synthetised, and incorporated into nanofibers of previously selected biocompatible polymers, using the electrospinning technique. Scanning electron microscopy images revealed fibers with average uniform diameters. The dielectric properties of the nanofibers were characterized by impedance spectroscopy, as a function of temperature and frequency. Measurements of the pyroelectric and piezoelectric response for the different nanofibers with dipeptides were also performed. The influence of synthesis parameters on the dielectric, pyroelectric, and piezoelectric properties of dipeptide-polymer micro/nanofibers has been demonstrated, revealing a high potential for applications in biomedicine and nanoscale energy harvesting.