Enkelt nanopartikler kunne bane vejen for medicin efter behov

For første gang, en enkelt, snoet nanopartikel er blevet nøjagtigt målt og karakteriseret i et laboratorium, tage forskere et vigtigt skridt tættere på en tid, hvor medicin vil blive produceret og blandet i mikroskopisk skala.

Fysikere ved University of Bath, der studerer materialer på nanoskalaen - det vil sige molekyler 10, 000 mindre end et nålehoved-gjorde deres banebrydende observationer ved hjælp af en ny metode til at undersøge formen af ​​nanopartikler i 3D. Denne teknik, kaldet hyper-Rayleigh spredning optisk aktivitet (HRS OA) teknik, blev brugt til at undersøge strukturen af ​​guld (blandt andre materialer), hvilket resulterer i et usædvanligt klart billede af 'skruetråd' twist i metalets form.

At forstå vendingerne i et materiale (kendt som dets chiralitet) er afgørende i industrier, der producerer medicin, parfume, tilsætningsstoffer og pesticider, som den retning, hvor et molekyle vrider sig, bestemmer nogle af dets egenskaber. For eksempel, et molekyle, der vrider sig med uret, frembringer lugt af citroner, mens det samme molekyle, der snor sig mod uret (spejlbilledet af det citronlugtende molekyle) lugter af appelsiner.

"Kiralitet er en af ​​naturens mest grundlæggende egenskaber. Den findes i subatomære partikler, i molekyler (DNA, proteiner), i organer (hjertet, hjernen), i biomaterialer (såsom muslingeskaller), i stormskyer (tornadoer) og i form af galakser (spiraler, der slynger sig gennem rummet). "sagde professor Ventsislav Valev, der ledede projektet.

Indtil nu, fysikere har påberåbt sig 200-årige optiske metoder til bestemmelse af molekylers og materialers kirale egenskaber, men disse metoder er svage og kræver store mængder molekyler eller materialer for at fungere. Gennem deres brug af en teknik baseret på kraftige laserpulser, Professor Valev og hans team ved Baths Center for Fotonik og Fotoniske Materialer har produceret en langt mere følsom sonde for kiralitet, en, der kan registrere en enkelt nanopartikel, da den flyder frit i en væske.

Denne opdagelse blev foretaget af Baths Institut for Fysik i samarbejde med Institut for Kemi. Forskernes fund er offentliggjort i Nano bogstaver .

"Dette er både en rekord og en milepæl inden for nanoteknologi, "sagde professor Valev." At forfølge denne forskningslinje har været en af ​​de mest givende resultater i min karriere. "

"Observationen fra Valevs gruppe er historisk, og videnskabeligt inspirerer det os i vores arbejde med at syntetisere nye chirale 3D-nanomaterialer, "sagde studieforfatter professor Ki Tae Nam fra Material Science and Engineering ved Seoul National University i Republikken Korea.

De potentielle anvendelser for ultrafølsom chiral sansning er mange. For eksempel, mange lægemidler er kirale. Lokale farmaceuter vil kunne udnytte teknologien til at blande stoffer på en helt ny måde, fremstilling af lægemidler fra små dråber af aktive ingredienser frem for fra store bæger af kemikalier.

"Du kan gå til kemikeren med en recept og i stedet for at modtage en medicin, der skal blandes fra flasker med kemikalier og derefter opbevares i køleskabet i flere dage, du går væk med piller, der er mini-laboratorier. Ved at knække pillen, et præcist antal mikrodråber vil strømme gennem mikrokanaler for at blande og producere den nødvendige medicin. "sagde professor Valev.

"For disse mini-laboratorier til at producere kirale lægemidler, du skal kende antallet af molekyler og katalysatorer inden for hver mikrodråbe, såvel som deres chiralitet. "sagde ph.d. -studerende Lukas Ohnoutek, hvem er den første forfatter på papiret. "Det er her, vores resultat er virkelig vigtigt. Vi kan nu sigte mod at producere mikrodråber, der indeholder en enkelt kiral nanopartikel, at bruge som katalysatorer i kemiske reaktioner. "

Professor Valev tilføjede:"Ser man fremad, vi kan forestille os at opbygge kirale materialer og endda maskiner, en nanopartikel ad gangen fra sådanne mikrodråber. Det ville være fantastisk at gøre det. "