Революционный фотонный эффект ускоряет разработку лекарств

Искривленные наномасштабные полупроводники манипулируют светом новым способом. Этот эффект может быть использован для ускорения обнаружения и разработки спасающих жизни лекарств, а также фотонных технологий.

Фотонный эффект может помочь обеспечить быструю разработку и скрининг новых антибиотиков и других лекарств через автоматизацию — по сути, роботизированных химиков. Он предлагает новый аналитический инструмент для высокопропускного скрининга, метода анализа огромных библиотек химических соединений. Маленький образец каждого соединения заполняет ячейку на микроплите. Ячейки могут быть настолько малы, как кубический миллиметр, а плита размером со шоколадку может содержать тысячу из них.

Одним из ключевых измерений в анализе лекарств является хиральность, или то, в какую сторону крутится молекула. Биологические системы, включая человеческое тело, обычно предпочитают одно направление над другим, правую или левую закрутку. В лучшем случае молекула лекарства с неправильным закрутом ничего не делает, но в худшем — может причинить вред. Эффект, открытый исследователями, позволяет измерять хиральность в объемах, которые в 10 000 раз меньше кубического миллиметра.

«Малые объемы, возможные для регистрации этих эффектов, — это меняющее игру свойство, которое позволяет исследователям использовать очень малые количества дорогих лекарств и собирать в тысячи раз больше данных», — сказал Николас Котов, профессор химических наук и инженерии в Мичиганском университете.

Метод опирается на структуру, вдохновленную биологическими дизайнами, разработанную в лаборатории Котова. Кадмий теллурид, полупроводник, обычно используемый в солнечных батареях, формируется в наночастицы, напоминающие короткие сегменты скрученной ленты. Они собираются в спирали, имитируя способ сборки белков.

При освещении красным светом маленькие полупроводниковые спирали генерируют новый свет, который синий и скручен. Синий свет также излучается в определенном направлении, что делает его легким для сбора и анализа. Триада необычных оптических эффектов драматически снижает шум, который другие наномасштабные молекулы и частицы в биологических жидкостях могут вызвать.

Для использования этих эффектов в высокопропускном скрининге для обнаружения лекарств, наночастицы, собирающиеся в спирали, могут быть смешаны с кандидатом-лекарством. Когда наносспирали формируют замок-ключ структуру с лекарством, имитируя мишень лекарства, закрут наносспиралей изменится драматически. Это изменение закрута может быть измерено через синий свет.