Många läkemedel är vridna molekyler med två spegelbildsversioner, men kroppen använder bara en. Inspirerad av fotosyntetiska bakterier, ett team vid University of Michigan byggde en katalysator som styr kemiska reaktioner mot rätt version av vridna molekyler. Det kan leda till effektivare produktion av vissa läkemedel.

Krullen i läkemedelsmolekyler, en egenskap som kallas chiralitet, hjälper dem att interagera med liknande krökta molekyler i mänskliga celler. Molekylen med motsatt kurva är inaktiv eller, i värsta fall kan vara mycket giftig. Ändå ger kemiska processer oss vanligtvis båda versionerna av kirala molekyler, eller enantiomerer, i lika stora mängder.

"Kirala katalysatorer idag har optimerats för att fungera i vätskor som är dyra och miljöovänliga. Dessa katalysatorer kan nästan uteslutande producera vänster- eller höger-enantiomerer, men när vi vill bära reaktioner i vatten, de är förstörda, sade Nicholas Kotov, Joseph B. och Florence V. Cejka professor i teknik, som ledde teamet som designade och testade den nya katalysatorn.

Det skulle vara billigare och säkrare att köra reaktioner i vatten. Katalysatorerna som utvecklats av Kotovs team kan göra detta. De är sammansättningar av mineraliska nanopartiklar, gjorda huvudsakligen av zinkoxid. De efterliknar organ i nanoskala i bakterier, och de är minst 10 gånger bättre på att välja en viss version av en kiral molekyl än tidigare katalysatorer av denna typ.

"Vår kirala selektivitet är konsekvent över 20% medan de tidigare reaktionerna av liknande typ knappt bröt 1%, " sa Kotov. "Tjugo procent kanske inte verkar så mycket, men det är redan tekniskt värdefullt eftersom det avsevärt minskar kostnaden för den avsedda produkten."

Till exempel, vissa mediciner – som för närvarande innehåller lika stora mängder av de aktiva och inaktiva enantiomererna – skulle kunna produceras mer effektivt med dessa katalysatorer.

"Kostnadsbesparingar är redan möjliga eftersom katalysatorerna är billiga, stabil och återanvändbar. Att ersätta organiska lösningsmedel med vatten gör också stor skillnad både för ekonomin och miljön."

Så här fungerar katalysatorerna:mellanrummen mellan de kirala nanopartiklarna inom 0,0001 millimeters "supraparticle" är vridna, så de föredrar att vara värd för molekyler med en liknande kurva. Nanopartiklarna fångar ljus och omvandlar det till elektriska laddningar, som passerar till molekylerna i luckorna.

Molekylerna använder energin för att bilda en ny bindning. Molekylerna med rätt vridningar tillbringar mer tid inuti suprapartikeln, så det slutar med att de producerar mer av de vridna produkterna.

Teamet undersöker hur man kan förbättra den kirala selektiviteten ytterligare, kanske genom att använda vridet ljus.

Studien publiceras i tidskriften Naturkommunikation .