Университет ИТМО. Модели правовращающих и левовращающих квантовых точек, использованных в эксперименте.

Ученые доказали естественное образование «правых» и «левых» наночастиц

Группа ученых из Университета ИТМО и Тринити-Колледжа экспериментально доказала, что нанокристаллы обладают естественной хиральностью, то есть делятся на «правые» и «левые». Понимание этого фундаментального явления открывает новые горизонты в области нанобиотехнологии и медицины.

Хиральность, то есть несовместимость объекта или системы с их зеркальным отображением, встречается в природе повсеместно. Интуитивно понятным примером хиральности могут послужить правая и левая руки человека – они имеют одинаковую структуру, но различную пространственную ориентацию (название явления также произошло от греческого «рука»). Хиральными являются практически все биомолекулы, при этом биологическая активность двух зеркальных форм вещества может существенно различаться. К примеру, в фармацевтике используется только левовращающий изомер болеутоляющего средства ибупрофен: правовращающий не снимает болевые ощущения.

Университет ИТМО. Научный сотрудник лаборатории «Оптика квантовых наноструктур», первый автор статьи Мария Мухина.
Университет ИТМО. Научный сотрудник лаборатории «Оптика квантовых наноструктур», первый автор статьи Мария Мухина.
Определить хиральность можно с помощью поляризованного света: зеркальные изомеры способны вращать плоскость поляризации света либо направо, либо налево, отсюда и название – «правые» и «левые» изомеры. Так как обычный раствор из нанокристаллов оптической активностью не обладает, до сих пор считалось, что у нанокристаллов хиральные формы отсутствуют.

«Отсутствие оптической активности в растворе нанокристаллов можно объяснить тем, что в рацемической (50:50) смеси, “левые” и “правые” формы гасят друг друга, закручивая плоскость поляризации одновременно в противоположные стороны», – рассказывает Мария Мухина, первый автор статьи и научный сотрудник лаборатории «Оптика квантовых наноструктур».

В ходе совместного эксперимента ученым из лаборатории «Оптика квантовых наноструктур» Университета ИТМО и Центра адаптивных наноструктур и наноустройств (CRANN) Тринити-Колледжа удалось разделить смесь из нанокристаллов на «правые» и «левые» формы. Для этого они модифицировали стандартный процесс перевода нанокристаллов из органического растворителя (хлороформ) в водный при помощи хиральной молекулы цистеин. Выяснилось, что если раствор охладить и в нужный момент прервать процесс перевода, можно создать условия, при которых разные хиральные формы нанокристаллов равномерно поделятся между водой и органикой.

«Мы сделали вывод, что стандартные нанокристаллы формируют рацемическую смесь, в которой в равном соотношении присутствуют левовращающие и правовращающие квантовые точки, – рассказывает профессор Тринити-Колледжа и соруководитель международного научно-образовательного центра «Физика наноструктур» Университета ИТМО Юрий Гунько. – Во всем мире существует огромная потребность в новых способах получения хиральных наночастиц. Мы рассчитываем, что наш метод найдет применение в биофармацевтике, нанобиотехнологии, нанотоксикологии и биомедицине, в особенности для медицинской диагностики и адресной доставки лекарств».

Ученый отмечает, что в химии образование рацемических смесей в процессе синтеза вещества известно уже давно. Однако в области нанотехнологий равная вероятность образования структур с левым и правым дефектом подтверждена впервые. Результаты работы позволят в будущем усовершенствовать процесс разработки лекарств, катализ реакций, а также создавать революционные устройства – например, голографические дисплеи на основе квантовых точек.

Добавим, что результаты работы исследователей были опубликованы в журналах Nano Letters и Nature Protocols.

Пресс-служба Университета ИТМО

Архив по годам: