A nova técnica aproveita a ligaa§a£o que ocorre entre peptadeos e diferentes polímeros para treinar um algoritmo de aprendizado de ma¡quina que pode identificar um grande número de poluentes em uma única solua§a£o.
Figura 1. Ilustração esquema¡tica da identificação de polímeros solaºveis em águapor meio da discriminação de vários sinais a³pticos de um aºnico sensor de peptadeo. Crédito: Instituto de Tecnologia de Ta³quio
Um sensor de peptadeo para detectar polímeros solaºveis em águaem a¡guas residuais, um dos principais contribuintes para a poluição, assim como os micropla¡sticos, foi desenvolvido por cientistas do Instituto de Tecnologia de Ta³quio. A nova técnica aproveita a ligação que ocorre entre peptadeos e diferentes polímeros para treinar um algoritmo de aprendizado de ma¡quina que pode identificar um grande número de poluentes em uma única solução.
Desde a morte de recifes de coral atéa diminuição das populações de peixes, a poluição marinha devido ao pla¡stico éuma preocupação global crescente. Muito da conversa recente sobre a poluição do pla¡stico girou em torno dos micropla¡sticos, pequenos pedaço s de pla¡stico que são extremamente difaceis de remover da a¡gua. Mas háum interesse crescente em polímeros sintanãticos solaºveis em águacomo fonte de poluição marinha, especialmente no que diz respeito aos riscos que representam para o solo e os ambientes aqua¡ticos. Sendo solaºveis em a¡gua, eles não podem ser recuperados usando técnicas normais de filtração. O desenvolvimento de abordagens alternativas para remover esses poluentes éfundamental. Assim, entender a natureza exata do poluente poluente solaºvel em a¡gua, bem como quantificar sua quantidade na águaresidua¡ria, tornou-se um ponto focal para os pesquisadores.
Os polímeros são longas cadeias de produtos químicos compostos por unidades repetitivas muito menores. Embora raramente sejam associadas ao termo, as proteanas também podem ser consideradas polímeros porque são compostas por milhares de subunidades chamadas "aminoa¡cidos". As cadeias curtas desses aminoa¡cidos são chamadas de peptadeos . Os peptadeos podem sofrer interações especaficas e não especaficas com molanãculas, como polímeros, de diferentes maneiras com diferentes naveis de afinidade. Em um novo estudo publicado na ACS Applied Materials & Interfaces, pesquisadores do Instituto de Tecnologia de Ta³quio (Tokyo Tech), exploraram essas interações para desenvolver um novo sensor de peptadeo para a identificação de polímeros solaºveis em águaem soluções mistas. "Nossa técnica depende de uma análise de padrãode aprendizado de ma¡quina que imita a discriminação de odores e sabores de mamaferos. Assim como nossos narizes e languas podem distinguir entre uma miraade de odores e sabores usando um número limitado de proteanas receptoras, também pode nosso sensor de peptadeo aºnico ser usado para detectar vários polímeros e outras moléculas ", disse o professor Takeshi Serizawa, que liderou o estudo.
A equipe de pesquisa baseou a técnica em um peptadeo que se liga a um polamero sintanãtico denominado poli (N-isopropilacrilamida) (PNIPAM). Eles então introduziram uma 'etiqueta' fluorescente chamada N- (1-anilinonaftil-4) maleimida (ANM) no peptadeo para ajudar a obter sinais para suas diferentes interações. A fluorescaªncia de ANM variou com base na interação do peptadeo, emitindo assim um sinal detecta¡vel. Os pesquisadores mediram os sinais do ANM em concentrações de solução conhecidas de diferentes polímeros e usaram-no para treinar um algoritmo de "análise discriminante linear", que éum algoritmo de aprendizado de ma¡quina supervisionado (ver Figura 1). Eles então validaram sua técnica com amostras desconhecidas e descobriram que o sensor e o algoritmo podiam identificar polímeros em soluções mistas. Além disso, após adicionar pequenas quantidades de etanol ou cloreto de sãodio para as soluções para modificar ligeiramente as interações químicas, o algoritmo de aprendizado de ma¡quina poderia discriminar polímeros com propriedades semelhantes. Finalmente, eles testaram o novo sensor e algoritmo de peptadeo em a¡guas residuais reais e confirmaram sua capacidade de detectar diferentes polímeros solaºveis em a¡gua.
"Nossa técnica pode ser usada não apenas para detectar poluentes macromoleculares dissolvidos como polamero na a¡gua, mas também para analisar como eles entram no meio ambiente", diz o Dr. Serizawa. A equipe de pesquisa ainda planeja estender o manãtodo a outros peptadeos e polímeros.