(Phys.org) —Una combinación de nanotecnología y una propiedad de torsión única de la luz podría conducir a nuevos métodos para garantizar la pureza y seguridad de los productos farmacéuticos.
Una relación directa entre la forma en que la luz es retorcida por las estructuras a nanoescala y la forma no lineal en la que interactúa con la materia podría usarse para asegurar una mayor pureza para los productos farmacéuticos. permitiendo identificar a los "gemelos malvados" de las drogas con mucha mayor sensibilidad.
Investigadores de la Universidad de Cambridge han utilizado esta relación, en combinación con potentes láseres y superficies de oro con nano patrones, proponer un mecanismo de detección que podría utilizarse para identificar las versiones de moléculas para diestros y zurdos.
Algunas moléculas son simétricas, por lo que su imagen reflejada es una copia exacta. Sin embargo, la mayoría de las moléculas en la naturaleza tienen una imagen especular que difiere:intente ponerse un guante para zurdos en su mano derecha y verá que sus manos no se pueden trasladar una a la otra. Las moléculas cuyas imágenes de espejo muestran este tipo de "mano" se conocen como quirales.
La quiralidad de una molécula afecta la forma en que interactúa con su entorno, y diferentes formas quirales de la misma molécula pueden tener efectos completamente diferentes. Quizás el ejemplo más conocido de esto es la talidomida, que se recetó a mujeres embarazadas en los años 50 y 60. Una forma quiral de talidomida funcionó como un tratamiento eficaz para las náuseas matutinas al principio del embarazo, mientras que la otra forma, como un 'gemelo malvado', impidió el crecimiento adecuado del feto. Sin embargo, el medicamento que se prescribió a los pacientes, era una mezcla de ambas formas, resultando en más de 10, 000 niños en todo el mundo que nacen con defectos de nacimiento graves, como extremidades acortadas o faltantes.
Al desarrollar nuevos productos farmacéuticos, identificar la forma quiral correcta es crucial. Las moléculas específicas se unen a receptores específicos, por lo tanto, asegurarse de que esté presente la forma quiral correcta determina la pureza y la eficacia del producto final. Sin embargo, la dificultad para lograr la pureza quiral es que normalmente ambas formas se sintetizan en cantidades iguales.
Investigadores de la Universidad de Cambridge han diseñado un nuevo tipo de mecanismo de detección, combinando una propiedad de torsión única de la luz con la duplicación de frecuencia para identificar diferentes formas quirales de moléculas con una sensibilidad extremadamente alta, que podría ser útil en el desarrollo de nuevos fármacos. Los resultados se publican en la revista Materiales avanzados .
El mecanismo de detección, diseñado por el Dr. Ventsislav Valev y el profesor Jeremy Baumberg del Laboratorio Cavendish, en colaboración con colegas del Reino Unido y del extranjero, utiliza una superficie de oro con nano patrones en combinación con potentes láseres.
En la actualidad, Las diferentes formas quirales de moléculas se detectan mediante el uso de haces de luz polarizada. La forma en que la luz es torcida por las moléculas da como resultado efectos quiropticos, que suelen ser muy débiles. Sin embargo, al utilizar potentes láseres, surgen efectos quiropticos de segunda generacin armnica (SHG), que suelen ser tres órdenes de magnitud más fuertes. SHG es un proceso mecánico cuántico mediante el cual dos fotones rojos pueden ser aniquilados para crear un fotón azul, creando luz azul a partir del rojo.
Recientemente, Otro paso importante hacia el aumento de los efectos quirópticos provino del desarrollo de la luz superquiral, una forma de luz súper retorcida.
Los investigadores identificaron un vínculo directo entre las ecuaciones fundamentales para la luz superquiral y SHG, lo que haría posibles efectos quirópticos aún más fuertes. La combinación de luz superquiral y SHG podría producir efectos récord, lo que daría lugar a una sensibilidad muy alta para medir la pureza quiral de los fármacos.
Los investigadores también utilizaron diminutas estructuras de oro, conocidas como nanoestructuras plasmónicas, para enfocar los rayos de luz. Del mismo modo que se puede usar una lente de vidrio para enfocar la luz solar en un lugar determinado, estas nanoestructuras plasmónicas concentran la luz entrante en puntos calientes en su superficie, donde los campos ópticos se vuelven enormes. Debido a la presencia de variaciones del campo óptico, es en estos puntos calientes donde la luz superquiral y el SHG combinan sus efectos.
"Al utilizar nanoestructuras, láseres y esta propiedad de torsión única de la luz, podríamos destruir selectivamente la forma no deseada de la molécula, sin afectar la forma deseada, "dijo el Dr. Valev." Juntos, estas tecnologías podrían ayudar a garantizar que los nuevos medicamentos sean seguros y puros ".
