Brug af molekyler til at detune nanodrums

Analysen af ​​de mindste mængder farmaceutiske prøver er af afgørende betydning for forskning og syntese af nye lægemidler. I øjeblikket repræsenterer det en teknisk udfordring, men det kan en ny infrarød målemetode udviklet af TU Wien i samarbejde med to forskergrupper fra København afhjælpe.

Materialer til farmaceutiske produkter er en dyr vare, hvilket betyder, at der skal udvises passende forsigtighed, når det kommer til at syntetisere ny medicin, for eksempel. Et præcist måleinstrument er påkrævet for at teste eller tilpasse den ønskede sammensætning. En almindelig målemetode til dato har været infrarød spektroskopi. Imidlertid, prøven skal først klargøres, før den kan analyseres. Det farmaceutiske materiale kan, for eksempel, opløses i en vandig opløsning. Imidlertid, den høje grad af lysabsorption, som vand udviser, gør nøjagtig måling vanskelig. Alternativer ville være at frysetørre materialet, eller at forberede det i pulverform, men begge muligheder kræver ca. 1 mg af det materiale, som alt efter hvad det skal bruges til, er en forholdsvis stor mængde. Professor Silvan Schmid fra TU Wien Institute of Sensor and Actuator Systems, sammen med to forskningsgrupper fra Danmarks Tekniske Universitet og Københavns Universitet, har udviklet en ny målemetode, som allerede leverer præcise målinger fra de mindste prøvemængder.

Vibration af molekyler

"En høj kilde til fejl i måleprocessen kan tilskrives prøveforberedelsen, hvor den direkte håndtering af sondematerialet tilskynder til kontaminering, " forklarer professor Schmid. I den udviklede målemetode, prøvemateriale tilsættes direkte fra en opløsning og omdannes efterfølgende til en aerosol. Herefter transporteres sondematerialet sammen med luften i aerosolen og blæses direkte ind i måleinstrumentet – uden risiko for kontaminering ved håndtering. Inde i instrumentet, aerosolen blæses gennem et vibrerende luftfilter, lavet af siliciumnitrid, og er fanget der. "Vores metode er baseret på nanomekaniske resonatorer. Disse kan sammenlignes med bittesmå perforerede tromler, som også er i stand til at vibrere ved specifikke resonansfrekvenser, " forklarer professor Schmid. Disse vibrerende filtre er omkring 1, 000 gange tyndere end et hårstrå og omkring 500-1000 µm bredt. Ud over, filtrene har elektroder for at måle vibrationen i filtertromlen. En infrarød laser justeres derefter med filteret. Lyset fra laseren stimulerer molekylær vibration i prøvematerialet, der er adsorberet på filteret, som opvarmer tromlen, derved skabes en målbar afstemning af den mekaniske vibration. De molekylære vibrationer af sondematerialet kan opnås ved at indstille bølgelængden af ​​den infrarøde kilde og samtidig overvågning af filterfrekvensen. "Vi har målt de molekylære vibrationstoppe af farmaceutiske forbindelser, såsom indomethacin, som stemmer overens med deres forventede absorptionsspektre. Desuden, vores metode kræver mindre end en milliontedel af det prøvemateriale, der er nødvendigt for en standard infrarød spektroskopi, "forklarer professor Schmid begejstret.

Næste trin:øget følsomhed og industriel anvendelse

Silvan Schmid fortsætter med at tage yderligere skridt mod realistisk industrianvendelse med sin forskning. Der er bl.a. hans gruppe arbejder i øjeblikket på at optimere det vibrerende filter, for at øge følsomheden yderligere. Dette ville muliggøre en yderligere reduktion i mængden af ​​krævet prøvemateriale.