Una investigación en nanopartículas individuales podrían conducir a medicamentos bajo demanda

Observaciones de la quiralidad de una sola nanopartícula nos acercan un paso más al momento en que los medicamentos se producirán y combinarán a escala microscópica.



Por primera vez, el giro de rosca de una sola nanopartícula se ha medido y caracterizado con precisión en un laboratorio, lo que lleva a los científicos un paso más cerca de la capacidad de producir y combinar medicamentos desde una escala microscópica.


Los físicos de la Universidad de Bath que estudian materiales en la nanoescala, es decir, moléculas 10,000 más pequeñas que una cabeza de alfiler, realizaron innovadoras observaciones utilizando un nuevo método para examinar la forma de las nanopartículas en 3D. Esta técnica, llamada actividad óptica de dispersión hiper-Rayleigh (HRS OA), se utilizó para examinar la estructura del oro (entre otros materiales), lo que resultó en una imagen excepcionalmente clara del giro de 'rosca' en la forma del metal.


Una molécula que gira en sentido horario producirá el olor a limones, mientras que la molécula idéntica que gira en sentido antihorario huele a naranjas.

Comprender las torceduras dentro de un material (conocido como su quiralidad) es vital en las industrias que producen medicamentos, perfumes, aditivos alimentarios y pesticidas, ya que la dirección en la que se tuerce una molécula determina algunas de sus propiedades. Por ejemplo, una molécula que gira en sentido horario producirá el olor a limones, mientras que la molécula idéntica que gira en sentido antihorario (la imagen especular de la molécula con olor a limón) huele a naranjas.


“La quiralidad es una de las propiedades más fundamentales de la naturaleza. Existe en partículas subatómicas, en moléculas (ADN, proteínas), en órganos (el corazón, el cerebro), en materiales biológicos (como conchas marinas), en nubes de tormenta (tornados) y en forma de galaxias (espirales tirando por el espacio) ". dijo el profesor Ventsislav Valev, quien dirigió el proyecto.


Hasta ahora, los físicos se han basado en métodos ópticos de hace 200 años para determinar las propiedades quirales de moléculas y materiales, pero estos métodos son débiles y requieren grandes cantidades de moléculas o materiales para funcionar. Mediante el uso de una técnica basada en potentes pulsos láser, el profesor Valev y su equipo en el Centro de Fotónica y Materiales Fotónicos de Bath han producido una sonda mucho más sensible para la quiralidad, una que puede detectar una sola nanopartícula mientras flota libremente en un líquido.


Este descubrimiento fue realizado por el Departamento de Física de Bath en colaboración con el Departamento de Química. Los hallazgos de los investigadores se publicaron en Nano Letters. El articulo es open acces.


"Esto es un récord y un hito en nanotecnología", dijo el profesor Valev. "Perseguir esta línea de investigación ha sido uno de los logros más gratificantes en mi carrera".


"La observación del grupo de Valev es histórica y científicamente nos inspira en nuestro trabajo para sintetizar nuevos nanomateriales quirales en 3D", dijo el coautor del estudio, el profesor Ki Tae Nam, de Ciencia e Ingeniería de Materiales en la Universidad Nacional de Seúl en la República de Corea.


Imágenes de microscopía electrónica de barrido (SEM) de las formas quirales (enantiomorfos) de los helicoides I y D. La longitud media del borde de los helicóides es de aproximadamente 150 nm.
Formas quirales (enantiomorfos) de los helicoides I y D

Las posibles aplicaciones para la detección quiral ultrasensible son muchas. Por ejemplo, muchos productos farmacéuticos son quirales. Los farmacéuticos locales podrán aprovechar la tecnología para mezclar sustancias de una manera completamente nueva, produciendo productos farmacéuticos a partir de pequeñas gotas de ingredientes activos en lugar de grandes vasos de productos químicos.


"Podrá ir al químico con una receta y, en lugar de recibir un medicamento que tiene que mezclarse con botellas de productos químicos y luego almacenarse en el refrigerador durante varios días, se irá con píldoras que son mínimas". laboratorios Al romper la píldora, una cantidad precisa de microgotas fluirá a través de los microcanales para mezclar y producir el medicamento necesario ". dijo el profesor Valev.


"Para que estos mini laboratorios produzcan medicamentos quirales, necesitará saber la cantidad de moléculas y catalizadores dentro de cada microgota, así como su quiralidad". dijo el estudiante de doctorado Lukas Ohnoutek, quien es el primer autor del artículo. “Aquí es donde nuestro resultado es realmente importante. Ahora podemos aspirar a producir microgotas que contengan una sola nanopartícula quiral, para usar como catalizadores en reacciones químicas ".


El profesor Valev agregó: “Mirando hacia el futuro, podemos imaginar construir materiales quirales e incluso máquinas, una nanopartícula a la vez, a partir de esas microgotas. Hacerlo sería increíble ".




Fuente: UNIVERSIDAD DE BATH

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