Molekyler gjorda i laboratorier har ofta en baksida som naturen på mystiskt sätt undviker. Problemet är att många molekyler är kirala, vilket betyder att de har en asymmetrisk struktur. En konsekvens av kiralitet är att när vi syntetiserar en kiral molekyl gör vi också ofta dess dubbelgångare, en spegelbild av den avsedda molekylen. De två kan se likadana ut, men som höger och vänster hand, de är inte utbytbara.
Beroende på skicklighet, molekylen limonen luktar apelsiner eller terpentin, ibuprofen kan vara fyra gånger mer potent och talidomid antingen behandlar morgonsjuka eller leder till allvarliga fosterskador.
"Ungefär 50 procent av läkemedlen och 30 procent av agrikemikalierna är kirala, vilket innebär att de kan vara vänster- eller högerhänta. Av dem, mer än 90 procent säljs som blandningar av båda överlämnade molekylerna eftersom det är så svårt att separera dem, "sa Jennifer Dionne, docent i materialvetenskap och teknik vid Stanford University. De normala kemiska metoderna för att separera molekyler - för att behålla den goda versionen och rensa bort de dåliga - är dyra, tidskrävande eller ineffektiv.
Dionnes laboratorium har nu visat ett tillvägagångssätt som lovar att separera kirala molekyler. Det innebär ett nanostrukturerat filter som, när den belyses med en laser, drar till sig ett enhandsprov medan den avvisar sin spegelbild. Teamet publicerade denna teknik i 25 september -numret av Naturnanoteknik .
Ett lätt handslag
Fokuserat ljus kan ändra momentet på ett objekt. Denna effekt har använts för att skapa otroliga verktyg, kallas optisk pincett, som gör det möjligt för forskare att manipulera partiklar med mycket fokuserade ljusstrålar. (Det var hans arbete med optisk pincett som tjänade Steven Chu, professor i fysik vid Stanford och professor i molekylär och cellulär fysiologi vid Stanford School of Medicine, Nobelpriset i fysik 1997.) Även om tanken på att pissa isär kirala former har verkat tilltalande, många av de molekyler vi vill rikta oss mot är för små för att direkt kunna dras isär av optiska krafter.
Yang Zhao, en postdoktor i Dionne -labbet, övervann den svagheten genom att skapa en nanostruktur som gör att cirkulärt polariserat ljus kan interagera starkare med små exemplar. Ljusbanan i nanostrukturen kartlägger en spiral i en riktning men inte den andra. När det kirala ljuset har passerat denna väg, den interagerar med molekyler som kompletterar dess form och drar dem nedåt.
Forskarna testade sin prototyp genom att mäta krafterna som utövas på kirala prover. De byggde ett verktyg som kallas ett kiralt optiskt kraftmikroskop, som kombinerar den optiska pincetten med ett atomkraftmikroskop (AFM), ett verktyg som kan lösa den kemiska strukturen för en enda molekyl. Ett chiralt AFM -tips fungerade som det kirala exemplaret och, på samma gång, kartlagt krafterna specifika för spetsens handlighet. De visade att de optiska krafter som produceras av deras pincett är tillräckligt starka för att separera vissa kirala molekyler.
Bygga det optiska filtret
Teamet har ännu inte testat pincetten på verkliga kirala molekyler, men Zhao har börjat kvantifiera krafterna de kan applicera på DNA och vissa proteiner. Dessa kirala molekyler har en specifik handlighet i naturen men kan antingen vara handade om de produceras i ett laboratorium.
Nästa steg blir att montera sin pincett till ett slags filter som kan separera två former av ett läkemedel eller andra molekyler.
"Vi kommer att lägga många av dessa nanostrukturer på ett mikrofluidiskt chip där ett läkemedel av intresse kan introduceras, "sa Zhao." Om det fungerar som vi vill att det ska, vi borde kunna ha läkemedlet separerat vid belysning. "
Förutom att sortera läkemedel för att göra dem säkrare eller effektivare, forskarna tror att deras pincett kan användas till andra ändamål, såsom övervakning av vikningen eller utvecklingen av ett protein eller möjliggör ljusmedierad syntes av kirala kemikalier.
