Por primera vez, un solo, nanopartícula retorcida se ha medido y caracterizado con precisión en un laboratorio, acercando a los científicos un paso vital hacia el momento en que los medicamentos se producirán y mezclarán a escala microscópica.

Físicos de la Universidad de Bath que estudian materiales a nanoescala, es decir, moléculas 10, 000 más pequeño que la cabeza de un alfiler:hicieron sus innovadoras observaciones utilizando un nuevo método para examinar la forma de las nanopartículas en 3-D. Esta tecnica, llamada técnica de actividad óptica de dispersión hiper-Rayleigh (HRS OA), se utilizó para examinar la estructura del oro (entre otros materiales), dando como resultado una imagen excepcionalmente clara del giro de la 'rosca' en la forma del metal.

Comprender los giros dentro de un material (conocido como su quiralidad) es vital en las industrias que producen medicamentos, perfumes, aditivos alimentarios y pesticidas, ya que la dirección en la que gira una molécula determina algunas de sus propiedades. Por ejemplo, una molécula que gira en el sentido de las agujas del reloj producirá el olor de los limones, mientras que la molécula idéntica que gira en el sentido contrario a las agujas del reloj (la imagen especular de la molécula que huele a limón) huele a naranjas.

"La quiralidad es una de las propiedades más fundamentales de la naturaleza. Existe en partículas subatómicas, en moléculas (ADN, proteínas), en los órganos (el corazón, el cerebro), en biomateriales (como conchas marinas), en nubes de tormenta (tornados) y en forma de galaxias (espirales que se lanzan a través del espacio) ", dijo el profesor Ventsislav Valev, quien lideró el proyecto.

Hasta ahora, Los físicos se han basado en métodos ópticos de 200 años de antigüedad para determinar las propiedades quirales de moléculas y materiales. pero estos métodos son débiles y requieren grandes cantidades de moléculas o materiales para funcionar. Mediante el uso de una técnica basada en potentes pulsos láser, El profesor Valev y su equipo en el Centro de Fotónica y Materiales Fotónicos de Bath han producido una sonda mucho más sensible para la quiralidad, uno que puede detectar una sola nanopartícula mientras flota libremente en un líquido.

Este descubrimiento fue realizado por el Departamento de Física de Bath en colaboración con el Departamento de Química. Los hallazgos de los investigadores se publican en Nano letras .

"Este es un récord y un hito en nanotecnología, ", dijo el profesor Valev." Seguir esta línea de investigación ha sido uno de los logros más gratificantes de mi carrera ".

"La observación del grupo de Valev es histórica, y científicamente nos inspira en nuestro trabajo para sintetizar nuevos nanomateriales 3-D quirales, ", dijo el coautor del estudio, el profesor Ki Tae Nam, de Ciencia e Ingeniería de Materiales de la Universidad Nacional de Seúl en la República de Corea.

Las aplicaciones potenciales de la detección quiral ultrasensible son muchas. Por ejemplo, muchos productos farmacéuticos son quirales. Los farmacéuticos locales podrán aprovechar la tecnología para mezclar sustancias de una manera completamente nueva, producir productos farmacéuticos a partir de diminutas gotas de ingredientes activos en lugar de grandes vasos de precipitados de productos químicos.

"Podrá ir a la farmacia con una receta y, en lugar de recibir un medicamento que debe mezclarse de botellas de productos químicos y luego almacenarse en el refrigerador durante varios días, te irás con pastillas que son mini-laboratorios. Al romper la pastilla, un número preciso de microgotas fluirá a través de microcanales para mezclar y producir el medicamento necesario ”, dijo el profesor Valev.

"Para que estos mini laboratorios produzcan medicamentos quirales, necesitará saber la cantidad de moléculas y catalizadores dentro de cada microgotita, así como su quiralidad ", dijo el estudiante de doctorado Lukas Ohnoutek, quién es el primer autor del artículo. "Aquí es donde nuestro resultado es realmente importante. Ahora podemos apuntar a producir microgotitas que contengan una sola nanopartícula quiral, para usar como catalizadores en reacciones químicas ".

El profesor Valev agregó:"Mirando hacia el futuro, podemos imaginar la construcción de materiales quirales e incluso máquinas, una nanopartícula a la vez, de tales microgotitas. Hacerlo sería increíble ".