Un equipo de científicos de la Universidad ITMO y el Trinity College de Dublín publicó los primeros resultados experimentales que muestran que los nanocristales ordinarios poseen quiralidad intrínseca y pueden producirse en condiciones normales como una mezcla mitad y mitad de imágenes especulares entre sí. El descubrimiento de esta propiedad fundamental en los nanocristales abre nuevos horizontes en la nanotecnología y la biotecnología y la medicina. por ejemplo, en aplicaciones tales como la administración de fármacos dirigida. Los resultados del estudio se publicaron en Nano letras .

Desde el desarrollo de los nanocristales artificiales, Los científicos pensaban que la quiralidad, la propiedad de un objeto de no ser superponible con su imagen especular, era aleatoria o estaba completamente ausente en los nanocristales.

Un experimento conjunto realizado por investigadores del laboratorio de Óptica de Nanoestructuras Cuánticas de la Universidad ITMO y el Centro de Investigación sobre Nanoestructuras y Nanodispositivos Adaptativos (CRANN) del Trinity College ha demostrado que los nanocristales estándar (puntos cuánticos de seleniuro de cadmio y barras cuánticas), De hecho, componen una mezcla racémica (50:50) de formas quirales 'derecha' e 'izquierda'. Hasta ahora, Los nanocristales quirales solo podrían lograrse artificialmente uniendo moléculas especiales de ligandos quirales a la superficie de los nanocristales.

La quiralidad es intrínseca a muchos objetos del mundo natural, partiendo de partículas elementales hasta galaxias espirales. Nuestro cuerpo, así como muchos otros objetos biológicos complejos, está compuesto casi en su totalidad por biomoléculas quirales. En tono rimbombante, la actividad biológica de las formas "derecha" e "izquierda" del mismo compuesto puede diferir dramáticamente. A menudo, solo una forma quiral es comestible o tiene el efecto terapéutico requerido, mientras que su antípoda será, en el mejor de los casos, inútil. Por ejemplo, Las moléculas de un analgésico conocido, el ibuprofeno, tienen dos isómeros de espejo óptico. De hecho, uno de ellos ayuda a aliviar el dolor, mientras que el otro no solo no alivia el dolor, pero es tóxico para el organismo.

Un indicador clave del entorno quiral se llama actividad óptica:dependiendo de la forma quiral de un nanocristal, puede rotar el plano de luz polarizada hacia la derecha o hacia la izquierda. Una solución normal de nanocristales por definición no revela ninguna actividad óptica, que siempre se atribuyó a la aparente inexistencia de quiralidad en los nanocristales. Habiendo dividido las formas 'izquierda' y 'derecha' de nanocristales, Los científicos de la Universidad ITMO y el Trinity College lograron demostrar lo contrario.

'La ausencia de actividad óptica en una solución de nanocristales puede explicarse por el hecho de que una mezcla racémica (50:50) combina versiones' izquierda 'y' derecha 'de nanocristales que giran simultáneamente el plano de polarización en direcciones opuestas, anulándose así unos a otros, 'dice Maria Mukhina, investigador del laboratorio de Óptica de Nanoestructuras Cuánticas. "Explicamos la existencia misma de quiralidad intrínseca en nanocristales por defectos quirales que ocurren naturalmente durante la síntesis normal de nanocristales".

Yurii Gun'ko, profesor del Trinity College y codirector del Centro Internacional de Investigación y Educación para Física de Nanoestructuras en la Universidad ITMO comenta sobre las posibles aplicaciones del método desarrollado por el grupo:

«Existe una demanda mundial de nuevas formas de obtener nanopartículas quirales. Creemos que nuestro método encontrará aplicaciones en biofarmacéutica, nanobiotecnología, nanotoxicología y biomedicina, en particular para el diagnóstico médico y la administración de fármacos dirigida. Por ejemplo, si todas las nanopartículas de uso común son realmente quirales, luego, durante la interacción con un objeto biológico, El 50 por ciento de la mezcla de nanopartículas penetrará en el objeto biológico (por ejemplo, una célula), mientras que el otro 50 por ciento permanecerá afuera. Las implicaciones de esta conclusión son cruciales para el área de nanotoxicología, pero nadie los consideró antes. Otra aplicación potencial tiene que ver con la capacidad de los puntos cuánticos quirales para emitir luz polarizada levógiro y dextrorrotatoria, lo que hace posible crear dispositivos como pantallas holográficas en 3D y mucho más '.

Para separar diferentes formas quirales de nanocristales y capturar la manifestación de su quiralidad intrínseca, los científicos idearon una técnica que, según el grupo, se puede expandir y usar potencialmente con muchos otros nanomateriales inorgánicos.

Los investigadores sumergieron nanocristales en una solución no mezclable de dos fases de agua y disolvente orgánico (cloroformo). Como los nanocristales no son solubles en agua, para transferirlos de la fase orgánica al agua, los científicos agregaron L-cisteína, una molécula quiral utilizada frecuentemente como ligando para dicha transferencia de fase. La cisteína reemplaza a los ligandos hidrófobos en la superficie de los nanocristales, lo que hace que estos últimos sean solubles en agua. Como resultado, independientemente de la forma quiral de la cisteína, todos los nanocristales sin excepción terminarán en el agua. Los investigadores encontraron que si enfrían la solución e interrumpen la transferencia de fase en cierto punto, es posible lograr una situación, donde el conjunto de nanocristales se divide por igual entre las fases con nanocristales 'izquierda' y 'derecha' en diferentes fases.

La actividad óptica en nanocristales separados de esta manera se conserva incluso después de la posterior eliminación de cisteína de la superficie. que, además, da testimonio del origen natural de la quiralidad intrínseca en los nanocristales.