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Espectroscopia de correlação de fluorescência aplicada em estudos de sistemas moleculares, biológicos e celulares
(2016-10-21) Tsutae, Fernando Massayuki
A espectroscopia de correlação de fluorescência (FCS) é uma das diferentes técnicas de análise por imagens de alta resolução espacial e temporal de biomoléculas em concentrações extremamente baixas. Ela se tornou uma técnica extremamente poderosa e sensível em áreas como bioquímica e biofísica. Como uma técnica bem estabelecida, ela é utilizada para medir concentrações locais de biomoléculas, através da marcação com moléculas fluorescentes. Coeficientes de difusão e constantes cinéticas também podem ser medidos através de FCS assim como detecção de molécula única. Ela também pode dar informação precisa sobre interações de antígeno-anticorpo, ácidos nucleicos e proteínas. Através de uma combinação de marcadores de alto rendimento quântico, fontes de luz estável (lasers), detecção ultrassensível e microscopia confocal, é possível realizar medidas de FCS em volumes de fentolitros (fL) e em concentrações de nanomolar (nM) em soluções aquosas ou em células vivas. Em contraste com outras técnicas de fluorescência, a sensibilidade da FCS aumenta com a diminuição da concentração do fluoróforo marcador, porque o parâmetro de interesse não é a intensidade de emissão de fluorescência, mas sim as flutuações espontâneas da fluorescência. Durante o tempo em que a partícula ou molécula atravessa o volume de medida pode ocorrer mudanças conformacionais e reações químicas e fotofísicas que alteram as características de emissão do fluoróforo e causam flutuações no sinal detectado. Estas flutuações são então monitoradas e transformadas em uma curva de autocorrelação, por intermédio de um software comercial que emprega um modelo físico apropriado para FCS. Em nosso estudo, utilizamos um marcador comercial (ALEXA 488®) para marcar proteínas. Primeiramente utilizamos a técnica de FCS para medir concentrações extremamente baixas de marcadores fluorescentes. Também realizamos um experimento testando a influência da viscosidade do meio na difusão livre do fluoróforo, assim como as melhores condições em que temos um melhor sinal de FCS. Por fim, estudamos a difusão de proteínas marcadas (PUC II e IV) em meio aquoso (PBS) e no interior de células.
Processos ópticos e interação entre nanopartículas e sistemas moleculares
(2011-04-19) Tsutae, Fernando Massayuki
A transferência de carga entre adsorbatos moleculares doadores e nanopartículas (NPs) semicondutoras aceitadoras têm encontrado extensivas aplicações recentes em células fotovoltaicas e de combustíveis, em fotocatálise e em eletrônica molecular. Além disso, NPs têm sido usadas como suporte para reagentes moleculares, fotosintetizadores e fármacos para variados fins. A eficiência destes dispositivos moleculares depende do estudo detalhado da dinâmica de transferência de carga na interface entre uma NP e moléculas adsorvidas e, em particular, da transferência lateral de energia entre moléculas adsorvidas. Além disso, é necessário otimizar de um lado a atração Coulombiana entre doadores oxidados e aceitadores reduzidos e por outro lado as reações de ancoramento de modo que elas não fiquem limitadas ao encontro estocástico e difuso em solução. Em especial, tem-se observado uma crescente demanda por dispositivos fotovoltaicos híbridos construídos a partir de NPs de dióxido de titânio (TiO2). Estudos de estabilidade à longo prazo e modificações na interface de tais dispositivos são essenciais para se obter uma melhor eficiência. Também já é bem conhecida na literatura o uso de NPs de TiO2 como uma alternativa na degradação de corantes e tratamento de efluentes. Outra classe de estudos igualmente importante consiste na aplicação de porfirinas e seus derivados na geração de oxigênio singleto e no tratamento de câncer. Portanto, é de grande interesse o estudo de sistemas baseados nas propriedades das porfirinas e TiO2. O presente trabalho de mestrado teve como objetivo o estudo por técnicas espectroscópicas a) da adsorção de moléculas de porfirina emissora de luz na superfície de NPs semicondutoras de TiO2, b) dos processos ópticos envolvidos na transferência de carga e de energia na interface entre NP aceitadora e as porfirinas doadoras adsorvidas e do efeito da NP na fotoestabilidade e fotodegradação da porfirina. Em nosso estudo, escolhemos uma porfirina (Photogem® ou PG) como padrão de sistema molecular, pois apresenta bandas de absorção e emissão bem definidos. Foram utilizadas séries distintas de NPs de TiO2 com diferentes razões de área superficial por volume e porcentagens das fases predominantes rutilo e anatase preparadas sob diversas condições pelo método dos precursores poliméricos. Desenvolvemos um método que consiste na centrifugação das NPs juntamente com as moléculas adsorvidas e posterior analise óptica da solução sobrenadante para estudar a adsorção das porfirinas na superfície do TiO2. Observamos que NPs de TiO2 com predominância da fase anatase em sua estrutura possui maior interação e, consequentemente, maior adsorção molecular. A fase rutilo possui baixa adsorção molecular por ser extremamente estável. A afinidade e interação entre porfirina e partículas de TiO2 em solução foram analisadas para diferentes valores de pH. Também foram estudados efeitos da agregação e cobertura molecular nos processos de fotodegradação e de transferência lateral de energia entre moléculas adsorvidas.