Новый фотонный эффект может ускорить разработку лекарств

Скрученные наноразмерные полупроводники манипулируют светом по-новому. Этот эффект можно использовать для ускорения открытия и разработки жизненно важных лекарств, а также фотонных технологий.

Фотонный эффект может помочь в быстрой разработке и проверке новых антибиотиков и других лекарств за счет автоматизации — по сути, роботов-химиков. Он предлагает новый инструмент анализа для высокопроизводительного скрининга, метод анализа обширных библиотек химических соединений. Крошечный образец каждого соединения заполняет лунку микропланшета. Лунки могут быть размером до кубического миллиметра, а на тарелке размером с плитку шоколада их может быть тысяча.

Одним из ключевых измерений в анализе наркотиков является хиральность, или то, как закручивается молекула. Биологические системы, включая человеческий организм, обычно предпочитают одно направление другому, правостороннее или левостороннее движение. В лучшем случае молекула лекарства с неправильным поворотом ничего не делает, а в худшем может причинить вред. Обнаруженный исследователями эффект позволяет измерять хиральность в объемах, которые в 10 000 раз меньше кубического миллиметра.

«Небольшие объемы, возможные для регистрации этих эффектов, являются решающим свойством, которое позволяет исследователям использовать очень небольшие количества дорогих лекарств и собирать в тысячи раз больше данных», — сказал Николай Котов, профессор химических наук и инженерии в Университете им. Мичиган.

Метод основан на структуре, вдохновленной биологическими конструкциями, разработанными в лаборатории Котова. Теллурид кадмия, полупроводник, обычно используемый в солнечных элементах, имеет форму наночастиц, напоминающих короткие сегменты скрученной ленты. Они собираются в спирали, имитируя сборку белков.

Освещаясь красным светом, маленькие полупроводниковые спирали генерируют новый свет, синий и закрученный. Синий свет также излучается в определенном направлении, что упрощает его сбор и анализ. Троица необычных оптических эффектов резко уменьшает шум, который могут создавать другие наноразмерные молекулы и частицы в биологических жидкостях.

Чтобы использовать эти эффекты в высокопроизводительном скрининге для обнаружения лекарств, наночастицы, собирающиеся в спирали, могут быть смешаны с лекарством-кандидатом. Когда наноспирали образуют с лекарством структуру типа «замок-ключ», имитирующую лекарственную мишень, поворот наноспиралей резко изменится. Это изменение поворота можно измерить с помощью синего света.