Interfaces Carbono–Aminoácido: Modelagem Computacional e Propriedades Eletrônicas de Nanoestruturas 3D

Descrição

A interação entre biomoléculas e nanomateriais constitui uma área estratégica da ciência contemporânea, com aplicações em nanobiotecnologia, nanomedicina, biossensores e sistemas de transporte molecular. Nesse contexto, as nanoestruturas de carbono têm despertado interesse devido às suas propriedades eletrônicas, estruturais e químicas, que possibilitam sua utilização como plataformas para adsorção, transporte e liberação controlada de moléculas biologicamente ativas. O presente projeto tem como objetivo investigar, por meio de modelagem computacional e métodos de Química Quântica, as propriedades físico-químicas de aminoácidos essenciais apolares e suas interações com nanoestruturas tridimensionais de carbono do tipo C50, C60 e C70. A pesquisa será desenvolvida em duas vertentes complementares. A primeira consiste na caracterização dos aminoácidos, abordando propriedades estruturais, conformacionais, eletrônicas, ópticas, vibracionais e termodinâmicas. A compreensão dessas propriedades é fundamental para a elucidação de processos biológicos relacionados ao reconhecimento molecular, estabilidade conformacional e transporte de biomoléculas. A segunda vertente concentra-se no estudo dos mecanismos de funcionalização de nanoestruturas de carbono por adsorção de aminoácidos, buscando compreender os efeitos das interações intermoleculares sobre a estabilidade dos sistemas, a transferência de carga e as modificações nas propriedades eletrônicas dos nanomateriais. Serão avaliados parâmetros relacionados à energia de adsorção, reatividade química e propriedades eletrônicas dos complexos formados, visando identificar estruturas com potencial para aplicações em sistemas de transporte molecular e dispositivos nanotecnológicos. Para alcançar esses objetivos, serão utilizados diferentes níveis de modelagem computacional, incluindo métodos de mecânica molecular, dinâmica molecular e cálculos de primeiros princípios baseados na Teoria do Funcional da Densidade (DFT). Essas metodologias permitem investigar fenômenos em escala atômica e molecular com elevada precisão, fornecendo informações que podem orientar estudos experimentais e acelerar o desenvolvimento de novas aplicações tecnológicas. Além de sua relevância científica, o projeto contribuirá para o fortalecimento das linhas de pesquisa em Física da Matéria Condensada, Biofísica e Nanobiotecnologia desenvolvidas no Centro de Educação e Saúde da UFCG. Espera-se que os resultados obtidos ampliem o conhecimento sobre sistemas nanoestruturados funcionalizados por biomoléculas, gerem publicações científicas e promovam a formação de recursos humanos qualificados em modelagem molecular, computação científica e ciência dos materiais. Adicionalmente, o projeto fortalecerá a integração entre ensino, pesquisa e inovação, contribuindo para a consolidação da produção científica da UFCG e para o desenvolvimento científico e tecnológico da região do Curimataú paraibano.