Las moléculas hechas en laboratorios a menudo tienen un inconveniente que la naturaleza evita misteriosamente. El problema es que muchas moléculas son quirales, lo que significa que tienen una estructura asimétrica. Una consecuencia de la quiralidad es que cuando sintetizamos una molécula quiral, a menudo también hacemos su doble doppelganger, una imagen especular de la molécula deseada. Las dos pueden verse similares pero, como la mano derecha y la izquierda, no son intercambiables.
Dependiendo de la mano, la molécula de limoneno huele a naranjas o trementina, el ibuprofeno puede ser cuatro veces más potente y la talidomida trata las náuseas matutinas o provoca defectos de nacimiento graves.
"Aproximadamente el 50 por ciento de las drogas y el 30 por ciento de los agroquímicos son quirales, lo que significa que pueden ser zurdos o diestros. De ellos, más del 90 por ciento se venden como mezclas de moléculas de ambas manos porque es muy difícil separarlos", dijo Jennifer Dionne, profesora asociada de ciencia e ingeniería de materiales en la Universidad de Stanford. Los métodos químicos normales de separación de moléculas, para mantener la buena versión y eliminar la mala, son caros, requieren mucho tiempo o son ineficientes.
El laboratorio de Dionne ahora ha mostrado un enfoque prometedor para la separación de moléculas quirales. Se trata de un filtro nanoestructurado que, cuando se ilumina con un láser, atrae una muestra con una mano mientras repele su imagen especular. El equipo publicó esta técnica el 25 de septiembre.cuestión de Nanotecnología de la naturaleza .
Un apretón de manos ligero
La luz enfocada puede cambiar el impulso de un objeto. Este efecto se ha utilizado para crear herramientas increíbles, llamadas pinzas ópticas, que permiten a los científicos manipular partículas con haces de luz altamente enfocados. Fue su trabajo con pinzas ópticas lo que le valió a StevenChu, profesor de física en Stanford y profesor de fisiología molecular y celular en la Escuela de Medicina de Stanford, el Premio Nobel de Física en 1997. Aunque la idea de separar las formas quirales ha parecido atractiva, muchas de las moléculas a las que queremos apuntarson demasiado pequeños para ser separados directamente por fuerzas ópticas.
Yang Zhao, un becario postdoctoral en el laboratorio de Dionne, superó esa debilidad al crear una nanoestructura que permite que la luz polarizada circularmente interactúe más fuertemente con pequeños especímenes. El camino de la luz en la nanoestructura traza una espiral en una dirección pero no en la otra.Una vez que la luz quiral ha pasado por este camino, interactúa con moléculas que complementan su forma y las empuja hacia abajo.
Los investigadores probaron su prototipo midiendo las fuerzas ejercidas en muestras quirales. Construyeron una herramienta llamada microscopio de fuerza óptica quiral, que combina las pinzas ópticas con un microscopio de fuerza atómica AFM, una herramienta capaz de resolver la estructura química deuna sola molécula. Una punta quiral AFM sirvió como espécimen quiral y, al mismo tiempo, mapeó las fuerzas específicas de la mano de la punta. Mostraron que las fuerzas ópticas producidas por sus pinzas son lo suficientemente fuertes como para separar ciertas moléculas quirales.
Construyendo el filtro óptico
El equipo aún no ha probado las pinzas en moléculas quirales reales, pero Zhao ha comenzado a cuantificar las fuerzas que pueden aplicar al ADN y a ciertas proteínas. Estas moléculas quirales tienen una naturaleza específica en la naturaleza, pero pueden ser de mano si se producen enun laboratorio
El siguiente paso será ensamblar sus pinzas en una especie de filtro que pueda separar dos formas de un medicamento u otras moléculas.
"Pondremos muchas de estas nanoestructuras en un chip microfluídico donde se pueda introducir un fármaco de interés", dijo Zhao. "Si funciona como queremos, deberíamos poder separar el fármaco tras la iluminación".
Además de clasificar los medicamentos para hacerlos más seguros o más efectivos, los investigadores piensan que sus pinzas podrían usarse para otros usos, como monitorear el plegamiento o despliegue de una proteína o permitir la síntesis mediada por la luz de químicos quirales.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Stanford . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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