В зависимости от руки, молекула лимонена пахнет апельсином или скипидаром, ибупрофен может быть в четыре раза сильнее, а талидомид либо лечит утреннюю тошноту, либо приводит к серьезным врожденным дефектам.«Примерно 50 процентов лекарств и 30 процентов агрохимикатов являются хиральными, что означает, что они могут быть левыми или правыми.
Из них более 90 процентов продаются в виде смесей двухкомпонентных молекул, потому что их так трудно разделить», сказала Дженнифер Дионн, доцент кафедры материаловедения и инженерии Стэнфордского университета. Обычные химические методы разделения молекул — чтобы сохранить хорошую версию и отсеять плохую — дороги, требуют много времени или неэффективны.
Лаборатория Дионна продемонстрировала один многообещающий подход к разделению хиральных молекул. Он включает в себя наноструктурированный фильтр, который при освещении лазером притягивает одноручный образец, отражая его зеркальное отражение.
Команда опубликовала этот метод в выпуске журнала Nature Nanotechnology за 25 сентября.Легкое рукопожатиеСфокусированный свет может изменить импульс объекта. Этот эффект был использован для создания невероятных инструментов, называемых оптическим пинцетом, которые позволяют ученым манипулировать частицами с помощью сильно сфокусированных лучей света. (Именно его работа с оптическим пинцетом принесла Стивену Чу, профессору физики в Стэнфорде и профессору молекулярной и клеточной физиологии в Стэнфордской медицинской школе, Нобелевскую премию по физике в 1997 году.) Хотя идея выщипывания хиральных форм имела Казалось привлекательным, многие из молекул, на которые мы хотим нацелить, слишком малы, чтобы их можно было разлучить непосредственно под действием оптических сил.
Ян Чжао, научный сотрудник лаборатории Дионне, преодолел эту слабость, создав наноструктуру, которая позволяет свету с круговой поляризацией сильнее взаимодействовать с небольшими образцами.
Световой путь в наноструктуре отображает спираль в одном направлении, но не в другом. Как только хиральный свет проходит по этому пути, он взаимодействует с молекулами, которые дополняют его форму, и тянет их вниз.
Исследователи протестировали свой прототип, измерив силы, действующие на хиральные образцы. Они создали инструмент, называемый микроскопом хиральных оптических сил, который объединяет оптический пинцет с атомно-силовым микроскопом (АСМ), инструментом, способным определять химическую структуру отдельной молекулы. Хиральный наконечник АСМ служил хиральным образцом и, в то же время, отображал силы, характерные для маневренности наконечника. Они показали, что оптические силы, создаваемые их пинцетом, достаточно сильны, чтобы разделить определенные хиральные молекулы.
Создание оптического фильтраКоманда еще не проверила пинцет на реальных хиральных молекулах, но Чжао начал количественно определять силы, которые они могут приложить к ДНК и определенным белкам.
Эти хиральные молекулы имеют особую хиральность по своей природе, но могут быть любой хиральностью, если они производятся в лаборатории.Следующим шагом будет сборка их пинцета в виде фильтра, который сможет разделить две формы лекарства или другие молекулы.«Мы поместим многие из этих наноструктур на микрожидкостный чип, где можно будет ввести интересующее лекарство», — сказал Чжао. «Если это сработает так, как мы хотим, мы сможем отделить лекарство при освещении».
Исследователи полагают, что помимо сортировки лекарств, чтобы сделать их более безопасными или более эффективными, их пинцет можно было бы использовать для других целей, таких как наблюдение за сворачиванием или разворачиванием белка или обеспечение опосредованного светом синтеза хиральных химикатов.