Científicos de la Universidad ITMO y el Trinity College han diseñado un supercristal nanoactivo ópticamente activo cuya nueva arquitectura puede separar moléculas orgánicas. facilitando así considerablemente la tecnología de síntesis de fármacos. El estudio fue publicado en Informes científicos .

La estructura del nuevo supercristal es similar a una escalera helicoidal. El supercristal está compuesto por numerosos puntos cuánticos en forma de varilla, diminutas piezas semiconductoras de aproximadamente varios nanómetros de tamaño. En tono rimbombante, a diferencia de los puntos cuánticos individuales, el conjunto posee la propiedad de quiralidad. Gracias a esta característica distintiva, tales supercristales pueden encontrar una amplia aplicación en farmacología para identificar biomoléculas quirales.

Un objeto es quiral si no se puede superponer a su imagen especular. El ejemplo más común de quiralidad son las manos humanas. En el modelo de supercristal, la quiralidad se puede visualizar como dos escaleras de caracol con puntos cuánticos como pasos:uno gira a la derecha, mientras el otro gira a la izquierda. Por lo tanto, el supercristal es capaz de absorber la luz polarizada a la izquierda y omitir la luz polarizada a la derecha o al revés, dependiendo de la arquitectura.

Ivan Rukhlenko, jefe del Laboratorio de Modelado y Diseño de Nanoestructuras, notas "Al igual que con cualquier nanoestructura quiral, la gama de aplicaciones de nuestros supercristales es enorme. Por ejemplo, podemos utilizarlos en farmacología para identificar moléculas de fármacos quirales. Reuniéndose en espirales a su alrededor, los puntos cuánticos pueden exhibir propiedades colectivas que mejoran la absortividad de las moléculas cientos de veces. Por lo tanto, las moléculas se pueden detectar dentro de la solución con mucha más precisión ".

La quiralidad es inherente a casi todas las moléculas orgánicas, incluidas las proteínas, ácidos nucleicos y otras sustancias del cuerpo humano. Por esta razón, dos formas espejo (enantiómeros) de un fármaco tienen una actividad biológica diferente. Si bien una forma puede producir un efecto terapéutico al interactuar con moléculas quirales en el organismo, la otra forma puede no tener ningún efecto o incluso ser tóxica. Ésta es la razón por la que la separación cuidadosa de los enantiómeros durante la síntesis de fármacos es de vital importancia.

Además de la farmacología, La actividad óptica de los supercristales se puede utilizar en varias aplicaciones técnicas donde se requiere la polarización de la luz. La forma de varilla de cada punto cuántico hace que interactúen con la luz a lo largo del eje longitudinal, razón por la cual la posición mutua de los puntos cuánticos tiene una importancia clave para las propiedades ópticas de toda la estructura. Similar, Los efectos ópticos de los supercristales se manifiestan con más fuerza cuando la luz se distribuye a lo largo del eje central. Por lo tanto, al orientar los supercristales en solución, los científicos pueden cambiar la actividad óptica del sistema, de forma similar a como se hace con los cristales líquidos.

Apoyado por Trinity College, Los científicos han examinado la respuesta óptica del modelo. Para estudiar el supercristal, Los investigadores variaron una serie de parámetros morfológicos de su estructura. Lo estiraron como un resorte y cambiaron la distancia entre los puntos cuánticos y su orientación entre sí.

"Por primera vez, teóricamente podríamos identificar los parámetros del supercristal quiral que nos permiten lograr el máximo efecto óptico. Gracias a este enfoque, evitamos la fabricación de muchas copias innecesarias con propiedades impredecibles, "dice Anvar Baimuratov, autor principal del estudio, investigador asociado en el Centro de Tecnologías Ópticas de la Información (IOT) de la Universidad ITMO. "Conociendo los parámetros de salida de las propiedades ópticas, podemos modelar un supercristal para resolver un problema específico. En cambio, tener datos sobre la estructura supercristalina, podemos predecir con precisión su actividad óptica ".

Basado en los resultados obtenidos por los científicos rusos, sus colegas de la Universidad Tecnológica de Dresde planean dar vida al modelo y sintetizar el supercristal mediante origami de ADN. Este método permite ensamblar una estructura helicoidal a partir de puntos cuánticos mediante la mediación de moléculas de ADN. "El estudio experimental de nuestros supercristales debería confirmar sus propiedades teóricamente predichas e identificar otras nuevas. Pero la principal ventaja de la nueva estructura de semiconductores ya es evidente:variar su morfología en el proceso de síntesis, podemos cambiar la respuesta óptica del supercristal en un amplio rango de frecuencia, "añade Ivan Rukhlenko.

Varias tecnologías actuales se basan en el uso de puntos cuánticos individuales. Ahora, los investigadores proponen reunirlos en supercristales. "Ensamblar puntos cuánticos en bloques, obtenemos más grados de libertad para cambiar la actividad óptica de las soluciones de supercristales. Cuanto más compleja es la estructura, cuanto más fuertes sean sus propiedades, dependerá de cómo hayamos reunido los elementos. Agregar complejidad a la estructura dará lugar a la aparición de una serie de nuevos materiales ópticos, "concluye Anvar Baimuratov.