Collagene

Aug 01, 2023

Rapporti scientifici volume 12, numero articolo: 6104 (2022) Citare questo articolo

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In questo lavoro, un nuovo catalizzatore ibrido organico-inorganico magnetico è stato fabbricato incapsulando nanoparticelle di magnetite@silice (Fe3O4@SiO2) con collagene proteico Isinglass (IGPC) utilizzando epicloridrina (ECH) come agente reticolante. Gli studi di caratterizzazione delle particelle preparate sono stati condotti mediante varie tecniche analitiche in particolare, analisi infrarossa in trasformata di Fourier (FTIR), microscopia elettronica a scansione (SEM), microscopia elettronica a trasmissione (TEM), magnetometria del campione vibrante (VSM), spettroscopia a raggi X a dispersione di energia. (EDS), diffrazione di raggi X su polveri (XRD), analisi termogravimetrica (TGA) e analisi Brunauer−Emmett−Teller (BET). I risultati XRD hanno mostrato una fase cristallina e amorfa che contribuiscono rispettivamente alla magnetite e alla colla di pesce. Inoltre, la formazione della struttura nucleo/guscio è stata confermata dalle immagini TEM. Il Fe3O4@SiO2/ECH/IG sintetizzato è stato applicato come catalizzatore eterogeneo bifunzionale nella sintesi di derivati ​​dello spirooxindolo attraverso la reazione multicomponente di isatina, malononitrile e acidi CH che ha dimostrato le sue eccellenti proprietà catalitiche. I vantaggi di questo approccio ecologico erano il basso carico di catalizzatore, i brevi tempi di reazione, la stabilità e la riciclabilità per almeno quattro cicli.

Al giorno d'oggi, l'uso di catalizzatori bifunzionali è diventato un nuovo campo per promuovere reazioni chimiche in percorsi e processi ecologici e rispettosi dell'ambiente. Per sviluppare nuovi approcci più rispettosi dell’ambiente, le strategie di sviluppo dei catalizzatori sono ora orientate verso polimeri di origine naturale come polisaccaridi o proteine ​​che provengono da risorse rinnovabili, spesso biocompatibili e anche più biodegradabili rispetto alle loro controparti sintetiche. I catalizzatori eterogenei di origine biologica, preparati da polimeri naturali rinnovabili, hanno ricevuto un'attenzione significativa negli ultimi anni grazie ai loro vantaggi sostanziali come biodegradabilità, stabilità e riciclabilità. La combinazione di nanoparticelle e polimeri biodegradabili può dare origine a nano-biocompositi, che hanno il potenziale per varie applicazioni catalitiche e ambientali1,2,3,4,5.

Sono stati comunemente utilizzati numerosi supporti per l'immobilizzazione di polimeri naturali come silice, resine, compositi di silice e materiali magnetici, tra gli altri. Le nanoparticelle magnetiche basate su metalli come Cu, Co, Fe e Ni forniscono un potente sistema di supporto solido per immobilizzare le proteine6,7,8,9,10, tra cui, le nanoparticelle di magnetite (Fe3O4) hanno proprietà notevoli come superparamagnetismo, bassa tossicità , elevata superficie specifica, biocompatibilità e facile separazione che li rendono più interessanti per i ricercatori.

Una delle tecniche più comunemente utilizzate per l'immobilizzazione delle proteine ​​è la reticolazione. Per i materiali in collagene sono stati utilizzati molti reticolanti come glutaraldeide, isocianati, gliossale e carbodiimmidi11.

Polimeri naturali come polisaccaridi (cellulosa, chitosano, chitina, alginato, carragenina, lignina, fucoidano, ecc.) e proteine ​​sono stati utilizzati come catalizzatori nelle trasformazioni chimiche12,13,14,15,16,17,18. Il rivestimento delle particelle magnetiche con polimeri naturali consente loro di utilizzare i loro gruppi funzionali per promuovere reazioni chimiche e anche una facile separazione19,20.

Sulla base del nostro interesse nel trasformare i rifiuti agricoli e marini in materiali a valore aggiunto21,22,23, abbiamo utilizzato la colla di pesce (IG), un polimero naturale derivato dalla vescica natatoria dei pesci con un alto contenuto di proteine ​​di collagene, per incapsulare nanoparticelle Fe3O4@SiO2 utilizzando epicloridrina (ECH) come agente reticolante. Il materiale ibrido preparato denominato Fe3O4@SiO2/ECH/IG è stato applicato come catalizzatore eterogeneo bifunzionale nella sintesi dei derivati ​​dello spiroossindolo. Tale materiale ibrido basato sul polimero naturale IG con gruppi sia acidi che basici ha dimostrato di essere un catalizzatore molto efficace in una varietà di trasformazioni chimiche, inclusa la sintesi di triazoli24, derivati ​​4H-piranici25 e accoppiamento Suzuki26. Le IG contengono numerosi aminoacidi le cui proprietà e prestazioni catalitiche sono state dimostrate da molti anni27,28.