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Jun 14, 2023

Nanofogli di ossido di grafene funzionalizzati con acido folico e fibroina di seta come un nuovo nanobiocomposito per applicazioni biomediche

Scientific Reports volume 12, numero articolo: 6205 (2022) Cita questo articolo 3126 Accessi 10 citazioni 9 Dettagli metriche alternative In questo articolo, un nuovo ossido di grafene-acido folico/fibroina di seta

Rapporti scientifici volume 12, numero articolo: 6205 (2022) Citare questo articolo

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In questo articolo, una nuova impalcatura nanobiocomposita di ossido di grafene-acido folico/fibroina di seta (GO-FA/SF) è stata progettata e fabbricata utilizzando materiali convenienti e non tossici. Il GO è stato sintetizzato utilizzando il metodo hummer, funzionalizzato in modo covalente con FA e quindi facilmente coniugato con SF estratto tramite il processo di liofilizzazione. Per la caratterizzazione dello scaffold sono state impiegate diverse tecniche: infrarossi in trasformata di Fourier (FT-IR), microscopia elettronica a scansione a emissione di campo (FE-SEM), raggi X a dispersione di energia (EDX) e analisi termogravimetrica (TGA). Sono stati eseguiti il ​​metodo di vitalità cellulare, l'emolisi e i test anti-biofilm, esplorando la capacità biologica del nanobiocomposito. Le percentuali di vitalità cellulare erano 96,67, 96,35 e 97,23% rispettivamente per 24, 48 e 72 ore e il suo effetto emolitico era inferiore al 10%. Inoltre, è stato dimostrato che questo nanobiocomposito previene la formazione del biofilm di Pseudomonas aeruginosa e possiede attività antibatterica.

Il grafene, una struttura stratificata 2D di atomi di carbonio, disposti esagonali con un'ampia area superficiale, è stato ampiamente studiato negli ultimi decenni. Ha suscitato un notevole interesse grazie alle sue proprietà chimiche uniche1,2,3,4,5. Il grafene è strutturalmente in grado di modificare e funzionalizzare la sua piattaforma di carbonio per produrre prodotti analoghi, tra cui nanofogli di grafene, ossido di grafene (GO) e ossido di grafene ridotto (rGO)6. Secondo il metodo Hummers, la grafite reagisce con forti agenti ossidanti, come il permanganato di potassio e l'acido solforico concentrato, per produrre una dispersione colloidale gialla denominata GO, quindi si può dire che GO è il prodotto di ossidazione della grafite7. Esiste una relazione diretta tra la struttura finale e le proprietà chimiche del grafene, il suo metodo di sintesi e il grado di ossidazione8,9. Ci sono somiglianze e differenze tra GO e grafene. Entrambi hanno strutture stratificate con un reticolo a nido d'ape di atomi di carbonio legati insieme da legami σ in cui gli orbitali π degli atomi di carbonio forniscono una rete delocalizzata di elettroni attraverso il reticolo. A differenza del grafene, la presenza di gruppi funzionali contenenti ossigeno sulla superficie del GO come epossidi, alcoli, chetoni carbonili e gruppi carbossilici10,11,12, consente al GO di essere disperso in mezzi acquosi a causa della formazione di legami idrogeno tra polari gruppi funzionali e molecole d'acqua13,14. Inoltre, proprietà uniche come la processabilità acquosa, l'effetto di inibizione della crescita batterica, la capacità di spegnimento della fluorescenza, la facile scalabilità, la sintesi economica e la capacità di preparare la sospensione colloidale stabile rendono GO un potenziale candidato per varie applicazioni15,16,17,18, 19,20,21,22,23,24. Esiste un ampio spettro di bioapplicazioni del GO e dei suoi derivati, tra cui la somministrazione di farmaci dipendente dal pH, il biosensing, il bioimaging e l'ingegneria dei tessuti ossei e cutanei25,26,27,28,29,30,31,32.

GO può essere combinato con materiali sintetici o naturali come polimeri, proteine ​​e vitamine per migliorarne le imperfezioni, ad esempio resistenza alla trazione, elasticità e conduttività. L'acido folico (FA), una vitamina idrosolubile, è comunemente usato in biomateriali con potenziali bioapplicazioni come sistemi di imaging33,34, agenti terapeutici35 e trasportatori di farmaci36 grazie al suo basso costo, compatibilità in un mezzo biologico e non tossicità37 . La coniugazione della piattaforma FA con GO tramite amidazione ha portato alla preparazione di materiali biocompatibili con un'ampia gamma di applicazioni, dai biosensori alla somministrazione mirata di agenti terapeutici per il trattamento del cancro, compresi i tumori al seno, alle ovaie, ai polmoni e al colon38,39,40.

La fibroina della seta (SF) dei bachi da seta è una nota proteina naturale costituita da fibroina e sericina. Il primo costruisce strutturalmente le fibre di seta, mentre il secondo agisce come un collante e lega insieme le fibre di fibroina41. Per secoli l'SF è stato utilizzato come sutura e oggigiorno è considerato un potenziale candidato per biomateriali e scaffold per l'ingegneria dei tessuti poiché ha una significativa resistenza meccanica, elasticità, biocompatibilità e biodegradabilità42,43,44. Rispetto ad altre proteine, la seta presenta caratteristiche superiori quali basso rischio di infezione, lavorazione a basso costo, facile isolamento e purificazione, disponibilità su larga scala, eccellenti proprietà meccaniche, biodegradazione e soprattutto la presenza di gruppi chimici facilmente accessibili per modifiche funzionali con preservazione le sue vantaggiose proprietà intrinseche45,46,47,48,49.