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Publicação
Exploiting the Potential of Surface Active Ionic Liquids: Fluorinated Ionic Liquids meet Biomolecules
| Nome: | Descrição: | Tamanho: | Formato: | |
|---|---|---|---|---|
| 15.64 MB | Adobe PDF |
Autores
Orientador(es)
Resumo(s)
Proteins are macromolecules constituting all the living organisms, being classified as
versatile biopolymers, with the widest biological activities. Thus, they have a high impact in
different fields, such as the biochemical, biotechnological, chemical, pharmaceutical, and food
industries. However, their industrial applications depend on costly downstream processes to
yield proteins with high purity, stability, and activity. Moreover, the biological activity of
proteins depends on the preservation of the three-dimensional structure, which is determined
by the delicate balance between their interactions with compounds in the surrounding
environment. To surpass these challenges, ionic liquids (ILs) have emerged in the biological
field as an improved asset due to the possibility to design task-specificity materials by
selecting the anions and cations composing their structure, and fine-tuning their properties.
The surface-active ionic liquids (SAILs) are a highly recognized family of ILs with improved
surfactant behaviour. SAILs can be used in the stabilization, extraction, separation,
crystallization, and development of protein delivery systems. However, there is still a great
lack of knowledge about the interactions between SAILs and proteins, essential information
to guide the selection of the best compounds for these bottom-line applications.
In this doctoral thesis, fluorinated ionic liquids (FILs), an enhanced family of SAILs,
were used to study the interactions between IL-proteins with the aim to develop FIL-based
systems for the separation, extraction, and proteins delivery systems. To begin, a review of the
literature was performed to understand FILs properties. These compounds grant augmented
solubilization mechanisms due to the rich self-aggregation behaviour and can be designed to
be completely miscible in aqueous solutions with negligible toxicity, which aids their
performance in the biological field. Furthermore, the soft-Statistical Associating Fluid Theory
Equation of State (soft-SAFT EoS) was used to model FILs in an intuitive, robust, and reliable
way. A straightforward methodology was implemented using soft-SAFT EoS to compute the
thermophysical properties of FILs and their mixtures with various solutes. In addition, it was
investigated the influence of the structural features of FILs in their self-aggregation behaviour
in aqueous solutions. In the end, the impact of the FILs on the solubility, stability, and
interaction with different proteins was evaluated. The results of this thesis comprise a proof
of concept of the feasibility of FILs-based systems for biological, biochemical, and
pharmaceutical applications.
As proteínas são macromoléculas que constituem os organismos vivos, sendo classificadas como biopolímeros versáteis, com as mais diversas atividades biológicas. Por isso têm um elevado impacto nas indústrias bioquímica, biotecnológica, química, farmacêutica e alimentícia. No entanto, as suas aplicações industriais dependem de processos de purificação muito dispendiosos para produzir proteínas com alta pureza, estabilidade e atividade. Adicionalmente, a atividade biológica depende da preservação da estrutura tridimensional, que é determinada pelo equilíbrio delicado entre as interações com os compostos no ambiente circundante. Para transpor estes problemas, os líquidos iónicos (LIs) surgiram no campo biológico como um recurso aprimorado porque permite projetar materiais para aplicações específicas, através da seleção dos aniões e catiões que constituem a estrutura dos LIs, customizando as suas propriedades. Os líquidos iónicos tensioativos (LITs) são uma família de LIs com comportamento surfactante. LITs podem ser usados na estabilização, extração, separação, cristalização e desenvolvimento de sistemas de entrega de proteínas. No entanto, ainda existe uma grande falta de conhecimento sobre as interações entre os LITs e as proteínas, o que é essencial para se poder selecionar os melhores LITs para as aplicações biológicas. Nesta tese de doutoramento, uma família de LITs, os líquidos iónicos fluorados (LIFs), foram usados para estudar as interações entre LIs e proteínas com o objetivo de desenvolver sistemas para a separação, extração e sistemas de entrega de proteínas. Para isso, foi realizada uma revisão da literatura para compreender as propriedades dos LIFs. Estes compostos têm mecanismos de solubilização superiores devido ao comportamento de auto-agregação, podendo ser completamente miscíveis em soluções aquosas com reduzida toxicidade, o que permite o seu uso em aplicações biológicas. Além disso, uma equação de estado sustentada na teoria estatística do fluído associante (soft-SAFT EoS) foi usada para modelação dos LIFs de uma forma intuitiva, robusta e confiável. Uma metodologia simplificada foi implementada usando a soft-SAFT EoS para calcular as propriedades termofísicas dos LIFs e das suas misturas com vários solutos. Posteriormente, a influência das características estruturais dos LIFs no seu comportamento de auto-agregação em soluções aquosas foi investigada. Por fim, foi avaliado o impacto dos LIFs na solubilidade, estabilidade e interação com diferentes proteínas. Os resultados desta tese constituem uma prova de conceito da exequibilidade de sistemas baseados em LIFs para aplicações biológicas, bioquímicas e farmacêuticas.
As proteínas são macromoléculas que constituem os organismos vivos, sendo classificadas como biopolímeros versáteis, com as mais diversas atividades biológicas. Por isso têm um elevado impacto nas indústrias bioquímica, biotecnológica, química, farmacêutica e alimentícia. No entanto, as suas aplicações industriais dependem de processos de purificação muito dispendiosos para produzir proteínas com alta pureza, estabilidade e atividade. Adicionalmente, a atividade biológica depende da preservação da estrutura tridimensional, que é determinada pelo equilíbrio delicado entre as interações com os compostos no ambiente circundante. Para transpor estes problemas, os líquidos iónicos (LIs) surgiram no campo biológico como um recurso aprimorado porque permite projetar materiais para aplicações específicas, através da seleção dos aniões e catiões que constituem a estrutura dos LIs, customizando as suas propriedades. Os líquidos iónicos tensioativos (LITs) são uma família de LIs com comportamento surfactante. LITs podem ser usados na estabilização, extração, separação, cristalização e desenvolvimento de sistemas de entrega de proteínas. No entanto, ainda existe uma grande falta de conhecimento sobre as interações entre os LITs e as proteínas, o que é essencial para se poder selecionar os melhores LITs para as aplicações biológicas. Nesta tese de doutoramento, uma família de LITs, os líquidos iónicos fluorados (LIFs), foram usados para estudar as interações entre LIs e proteínas com o objetivo de desenvolver sistemas para a separação, extração e sistemas de entrega de proteínas. Para isso, foi realizada uma revisão da literatura para compreender as propriedades dos LIFs. Estes compostos têm mecanismos de solubilização superiores devido ao comportamento de auto-agregação, podendo ser completamente miscíveis em soluções aquosas com reduzida toxicidade, o que permite o seu uso em aplicações biológicas. Além disso, uma equação de estado sustentada na teoria estatística do fluído associante (soft-SAFT EoS) foi usada para modelação dos LIFs de uma forma intuitiva, robusta e confiável. Uma metodologia simplificada foi implementada usando a soft-SAFT EoS para calcular as propriedades termofísicas dos LIFs e das suas misturas com vários solutos. Posteriormente, a influência das características estruturais dos LIFs no seu comportamento de auto-agregação em soluções aquosas foi investigada. Por fim, foi avaliado o impacto dos LIFs na solubilidade, estabilidade e interação com diferentes proteínas. Os resultados desta tese constituem uma prova de conceito da exequibilidade de sistemas baseados em LIFs para aplicações biológicas, bioquímicas e farmacêuticas.
Descrição
Palavras-chave
Fluorinated Ionic Liquids Equations of State Aggregation Behaviour Proteins Interactions