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Novo manãtodo de detecção de pola­mero na luta contra a poluição da a¡gua
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.
Por Instituto de Tecnologia de Tóquio - 15/11/2021


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.

 

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