La actividad de las enzimas en los procesos industriales, laboratorios, y los seres vivos se pueden controlar de forma remota mediante la luz. Esto requiere su inmovilización en la superficie de nanopartículas e irradiación con láser. La luz del infrarrojo cercano puede penetrar el tejido vivo sin dañarlo. Las nanopartículas absorben la energía de la radiación y la liberan en forma de calor o efectos electrónicos. desencadenar o intensificar la actividad catalítica de las enzimas. Esto configura un nuevo campo de estudio conocido como biocatálisis plasmónica.

Una investigación realizada en el Instituto de Química de la Universidad de São Paulo (IQ-USP) en Brasil investigó la actividad de enzimas inmovilizadas en nanopartículas de oro controladas por irradiación láser infrarroja. Un artículo que informa los resultados se publica en Catálisis ACS , una revista de la American Chemical Society.

El estudio fue apoyado por la Fundación de Investigación de São Paulo — FAPESP a través de una beca postdoctoral y una beca para una pasantía de investigación en el extranjero otorgada al autor principal, Heloise Ribeiro de Barros; una subvención para equipos multiusuario; y el Proyecto Temático "Optimización de las propiedades fisicoquímicas de materiales nanoestructurados para aplicaciones en reconocimiento molecular, catálisis y conversión / almacenamiento de energía ", dirigido por Roberto Manuel Torresi.

"Usamos una lipasa [CaLB] como enzima modelo, inmovilizado en nanopartículas de oro con dos formas:esferas y estrellas, “El láser infrarrojo aceleró la actividad de la enzima de forma no invasiva simplemente irradiándola con luz externa”, dijo Ribeiro de Barros.

El estudio mostró que no solo la composición del material sino también su geometría influían en el efecto de las nanopartículas sobre la enzima. "La actividad enzimática mejoró significativamente cuando la lipasa se inmovilizó en nanoestrellas de oro, mostrando un aumento de hasta el 58%, "Dijo Ribeiro de Barros." En comparación, las nanoesferas de oro promovieron un aumento mucho menor del 13%. El mayor aumento correspondió al efecto de resonancia entre las superficies de las nanoestrellas y la radiación del láser ".

La magnitud considerada aquí es la resonancia de plasmón de superficie localizada (LSPR). Mientras que el LSPR de las nanoesferas absorbe a 525 nanómetros, la de las nanoestrellas alcanza los 700 nm, mucho más cerca de la longitud de onda del láser infrarrojo, que es 808 nm.

"La luz incidente desencadena procesos impulsados ​​por la energía en las nanopartículas de oro, como un aumento de temperatura o efectos electrónicos, y esto afecta las propiedades de las enzimas que están inmovilizadas en sus superficies, "Dijo Ribeiro de Barros." Fue posible concluir que el calentamiento fototérmico localizado en las superficies de las nanoestrellas de oro promovido por la excitación LSPR condujo a una biocatálisis de lipasa mejorada. Esta conclusión puede extenderse a otras combinaciones de enzimas y nanopartículas plasmónicas ".

La amplia gama de aplicaciones potenciales incluye la biocatálisis para acelerar las reacciones químicas a escala industrial y el control in vivo de las enzimas que causan enfermedades. En un futuro más lejano este tipo de proceso podría posiblemente usarse para tratar enfermedades como el Parkinson y el Alzheimer. Se requerirá más investigación antes de que pueda convertirse en una alternativa genuina, por supuesto.

"Desde el punto de vista médico, El objetivo principal del estudio fue señalar soluciones en un futuro próximo para el tratamiento de enfermedades sin necesidad de cirugía invasiva y con un enfoque espacial y temporal específico para evitar los efectos secundarios de los métodos actuales, “Dijo Ribeiro de Barros.