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Compreendendo os mecanismos de transferência de carga em sistemas biológicos e biomiméticos usando técnicas in-situ e operando: desde a ciência fundamental à aplicação na área energética

Processo:22/09164-5
Modalidade de apoio:Auxílio à Pesquisa - Regular
Data de Início da vigência: 01 de fevereiro de 2023
Data de Término da vigência: 31 de janeiro de 2025
Área do conhecimento:Ciências Exatas e da Terra - Química - Físico-química
Pesquisador responsável:Frank Nelson Crespilho
Beneficiário:Frank Nelson Crespilho
Instituição Sede: Instituto de Química de São Carlos (IQSC). Universidade de São Paulo (USP). São Carlos , SP, Brasil
Município da Instituição Sede:São Carlos
Auxílio(s) vinculado(s):23/01529-7 - Bioengenharia de metaloproteínas bifuncionais aplicadas na produção de produtos de valor agregado, AP.R
Assunto(s):Bioeletroquímica  Bioenergia  Biologia de sistemas  Sistemas biomiméticos  Enzimas 
Palavra(s)-Chave do Pesquisador:bioenergia | enzimas | Mecanismos de Transferência de Carga | sistemas biologicos | sistemas biomiméticos | Técnicas In-Situ e Operando | Bioeletroquímica

Resumo

Os processos redox desempenham um papel decisivo na manutenção da vida na Terra e são promovidos por biomoléculas. Em 2020, descrevemos na Nature Communications como e porque a bilirrubina oxidase (BOD) contendo cobre é um biocatalisador excepcional para a reação de redução de oxigênio molecular (ORR). Um objetivo de longa data do nosso grupo de pesquisa é o estabelecimento de novas fronteiras em técnicas in-situ para a caracterização de bioeletrocatalisadores e a elucidação de mecanismos paralelos às complexas reações eletroquímicas nas quais eles são empregados. Obter sucesso nesta jornada seria inovador em eletroquímica, pois permitiria o desenvolvimento de baterias sustentáveis e de biocélulas a combustível e, assim, contribuiria para os esforços atuais para a obtenção de energia limpa. No entanto, a síntese de catalisadores com organização tridimensional permanece desafiadora e se opõe à tendência predominante que se concentra em átomos únicos e materiais bidimensionais. Neste projeto de pesquisa propomos um avanço no uso de técnicas in-situ e também na preparação de baterias miméticas por meio do conhecimento adquirido em estudos de bioeletrocatálise. Para isso, propomos 3 objetivos específicos: os dois primeiros para a realização de técnicas in-situ para estudar sistemas redox biológicos e mimético e, o último, para o desenvolvimento de baterias orgânicas bioinspiradas, que podem ser aplicadas em dispositivos ingeríveis e vestíveis. (AU)

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Publicações científicas (20)
(As publicações científicas contidas nesta página são originárias da Web of Science ou da SciELO, cujos autores mencionaram números dos processos FAPESP concedidos a Pesquisadores Responsáveis e Beneficiários, sejam ou não autores das publicações. Sua coleta é automática e realizada diretamente naquelas bases bibliométricas)
DE ALBUQUERQUE, FHYSMELIA FIRMINO; IOST, RODRIGO MICHELIN; CRESPILHO, FRANK NELSON. Comparative Roles of Hydrogels, Deep Eutectic Solvents, and Ionic Liquids in Enzyme-Based Biosensors, Bioelectronics and Biomimetics Devices. ACS MEASUREMENT SCIENCE AU, v. 5, n. 4, p. 19-pg., . (23/13288-4, 23/17020-6, 23/10667-4, 18/22214-6, 19/15333-1, 19/12053-8, 23/01529-7, 18/22214-6, 22/09164-5, 20/03681-2)
SEDENHO, GRAZIELA C.; GHIRALDELLI, GUILHERME H. S.; IOST, RODRIGO M.; BRITO-PEREIRA, RICARDO; POLICIA, RITA; LANCEROS-MENDEZ, SENENTXU; CRESPILHO, FRANK N.. Bioelectrochemical systems and engineered living materials: a tutorial on carbon capture and sustainable energy. SUSTAINABLE ENERGY & FUELS, v. 9, n. 21, p. 22-pg., . (22/06563-6, 20/04796-8, 20/12404-2, 23/13288-4, 22/09164-5, 23/10667-4, 24/22202-9, 18/22214-6)
CRESPILHO, FRANK N.; BRITO-PEREIRA, RICARDO; POLICIA, RITA; PEREIRA, NELSON; SEDENHO, GRAZIELA C.; COSTA, CARLOS M.; LANCEROS-MENDEZ, SENENTXU. Yeast bio-batteries. SUSTAINABLE ENERGY & FUELS, v. 8, n. 22, p. 5-pg., . (22/09164-5, 23/13288-4)
CLARINDO, JOSE EDUARDO DOS SANTOS; COLOMBO, RAFAEL NERI PRYSTAJ; SEDENHO, GRAZIELA CRISTINA; FARIA, LUANA CRISTINA ITALIANO; BERTAGLIA, THIAGO; LIMA, FILIPE CAMARGO DALMATTI ALVES; GOMES, ROBERTO DA SILVA; AZIZ, MICHAEL J.; CRESPILHO, FRANK NELSON. Molecular Mechanism and Electrostatic Effect Enabling Symmetric All-Quinone Aqueous Redox Flow Batteries. ACS SUSTAINABLE CHEMISTRY & ENGINEERING, v. 12, n. 31, p. 10-pg., . (22/09164-5, 19/21089-6, 21/05665-7, 19/15333-1, 17/15714-0, 20/04796-8, 15/22973-6, 21/14537-2, 20/03681-2, 18/22214-6, 19/12053-8, 23/17506-6)
DE SOUZA, JOAO C. P.; SILVA, WANDERSON O.; FREITAS, LUIS P. M.; COLOMBO, RAFAEL N. P.; IOST, RODRIGO M.; FELICIANO, GUSTAVO T.; LIMA, FABIO H. B.; CRESPILHO, FRANK N.. Dynamics of the activated state of NAD-dependent dehydrogenase investigated by a weighted histogram analysis semi-empirical method. CATALYSIS SCIENCE & TECHNOLOGY, v. 14, n. 13, p. 9-pg., . (22/09164-5, 21/05665-7, 19/15333-1, 19/12053-8, 18/22214-6)
FARIA, LUANA C. I.; SEDENHO, GRAZIELA C.; BERTAGLIA, THIAGO; MACEDO, LUCYANO J. A.; CRESPILHO, FRANK N.. A comparative study of chemically oxidized carbon cloth and thermally treated carbon paper electrodes applied on aqueous organic redox flow batteries. Electrochimica Acta, v. 485, p. 8-pg., . (22/09164-5, 20/12404-2, 19/21089-6, 20/04796-8, 17/20493-2, 20/03681-2, 18/22214-6)
MENDES, GIOVANA ROSSI; MODENEZ, IAGO DE ASSIS; CAGNANI, GIOVANA ROSSO; COLOMBO, RAFAEL N. P.; CRESPILHO, FRANK NELSON. Exploring Enzymatic Conformational Dynamics at Surfaces through μ-FTIR Spectromicroscopy. Analytical Chemistry, v. 95, n. 30, p. 9-pg., . (20/10724-0, 21/05665-7, 19/15333-1, 19/12053-8, 18/22214-6, 22/09164-5)
CASTRO, KARLA P. R.; COLOMBO, RAFAEL N. P.; IOST, RODRIGO M. M.; DA SILVA, BEATRIZ G. R.; CRESPILHO, FRANK N. N.. Low-dimensionality carbon-based biosensors: the new era of emerging technologies in bioanalytical chemistry. ANALYTICAL AND BIOANALYTICAL CHEMISTRY, v. N/A, p. 17-pg., . (22/09164-5, 21/05665-7, 18/22214-6)
CRESPILHO, FRANK N.; COSTA, CARLOS M.; LANCEROS-MENDEZ, SENENTXU. Sustainable Battery Biomaterials. CHEMELECTROCHEM, v. 12, n. 3, p. 11-pg., . (22/09164-5, 23/13288-4)
BERTAGLIA, THIAGO; KERR, EMILY F.; SEDENHO, GRAZIELA C.; WONG, ANDREW A.; COLOMBO, RAFAEL N. P.; MACEDO, LUCYANO J. A.; IOST, RODRIGO M.; FARIA, LUANA C. I.; LIMA, FILIPE C. D. A.; TEOBALDO, GABRIEL B. M.; et al. Self-Gelling Quinone-Based Wearable Microbattery. ADVANCED MATERIALS TECHNOLOGIES, v. 9, n. 17, p. 11-pg., . (22/09164-5, 20/12404-2, 16/24531-3, 19/21089-6, 21/05665-7, 19/15333-1, 20/04796-8, 17/20493-2, 20/03681-2, 18/22214-6, 23/01529-7, 23/17506-6)
SEDENHO, GRAZIELA C.; COLOMBO, RAFAEL N. P.; CRESPILHO, FRANK N.. Insights from Enzymatic Catalysis: A Path towards Bioinspired High-Performance Electrocatalysts. CHEMCATCHEM, v. N/A, p. 18-pg., . (21/05665-7, 22/09164-5, 18/22214-6, 20/04796-8)
MELO, ANTONIO F. A. A.; SINGH, SALAM J.; CHINNAMUTHU, PAULSAMY; CRESPILHO, FRANK N.; RYDZEK, GAULTHIER. Magnetically Stimulated Bio- and Electrochemical Systems: State-of-the-Art, Applications, and Future Directions. HEMNANOMA, v. N/A, p. 22-pg., . (20/12404-2, 18/22214-6, 22/09164-5)
CARVALHO, CAIO LENON CHAVES; NASCIMENTO, STEFFANE Q.; BERTAGLIA, THIAGO; FARIA, LUANA C. I.; MANULI, ERIKA R.; PEREIRA, GEOVANA M.; DA SILVA, WELTER CANTANHEDE; COSTA, CARLOS M.; MAESTU, JOSU FERNANDEZ; LANCEROS-MENDEZ, SENENTXU; et al. Sustainable Electrochemical-Magnetic Biosensor Fabricated from Recycled Materials for Label-Free Detection of SARS-CoV-2 in Human Saliva. ACS SENSORS, v. 10, n. 3, p. 16-pg., . (22/09164-5, 18/22214-6, 20/03681-2, 23/13288-4, 19/15333-1, 19/12053-8, 18/22214-6)
SEDENHO, GRAZIELA C.; COLOMBO, RAFAEL N. P.; IOST, RODRIGO M.; LIMA, FILIPE C. D. A.; CRESPILHO, FRANK N.. Exploring electron transfer: Bioinspired, biomimetics, and bioelectrochemical systems for sustainable energy and Value-Added compound synthesis. APPLIED PHYSICS REVIEWS, v. 11, n. 2, p. 25-pg., . (22/09164-5, 21/05665-7, 18/22214-6, 23/01529-7, 14/50869-6, 23/17506-6)
BERTAGLIA, THIAGO; COSTA, CARLOS M.; LANCEROS-MENDEZ, SENENTXU; CRESPILHO, FRANK N.. Eco-friendly, sustainable, and safe energy storage: a nature-inspired materials paradigm shift. MATERIALS ADVANCES, v. 5, n. 19, p. 15-pg., . (22/09164-5, 23/08260-3, 20/12404-2, 23/13288-4, 20/03681-2, 18/22214-6, 23/01529-7)
IOST, RODRIGO M.; VENKATKARTHICK, RADHAKRISHNAN; NASCIMENTO, STEFFANE Q.; LIMA, FABIO H. B.; CRESPILHO, FRANK N.. Hydrogen bioelectrogeneration with pH-resilient and oxygen-tolerant cobalt apoenzyme-saccharide. CHEMICAL COMMUNICATIONS, v. 60, n. 18, p. 3-pg., . (22/09164-5, 23/10667-4, 21/05665-7, 18/22214-6, 23/01529-7, 20/15098-0)
ALBUQUERQUE, FHYSMELIA F.; IOST, RODRIGO M.; FONSECA, GABRIEL C.; VENKATKARTHICK, RADHAKRISHNAN; PACHECO, JESSICA C.; COLOMBO, RAFAEL N. P.; LIMA, FABIO H. B.; CRESPILHO, FRANK N.. Biomimetic Cobalt Complex Stabilized by Hydrogel on High-Edge-Density Graphite for ORR and HER in Quiescent Solutions. Langmuir, v. 41, n. 34, p. 11-pg., . (23/10667-4, 20/03681-2, 20/04796-8, 19/21089-6, 23/17020-6, 18/22214-6, 19/03033-3, 22/09164-5, 19/22183-6, 23/08260-3, 20/12404-2, 16/08711-1, 20/15098-0, 22/06563-6, 25/05509-6, 23/01529-7)
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BERTAGLIA, THIAGO; NEUBERT, TILMANN J.; IOST, RODRIGO M.; BALASUBRAMANIAN, KANNAN; CRESPILHO, FRANK N.. Consequences of edge and substrate modifications on graphene electrochemistry. CURRENT OPINION IN ELECTROCHEMISTRY, v. 50, p. 9-pg., . (20/12404-2, 22/09164-5, 23/08260-3, 22/06563-6, 18/22214-6, 23/10667-4, 20/03681-2, 23/01529-7, 23/13288-4)
COLOMBO, RAFAEL N. P.; SEDENHO, GRAZIELA C.; NECKEL, ITAMAR T.; CRESPILHO, FRANK N.. Enzymatic X-ray absorption spectroelectrochemistry. Nature Protocols, v. N/A, p. 46-pg., . (23/01529-7, 18/22214-6, 21/05665-7, 20/04796-8, 22/09164-5)