Scienziati dell'ITMO University e del Trinity College hanno progettato un supercristallo nanometrico otticamente attivo la cui nuova architettura può separare le molecole organiche, facilitando così notevolmente la tecnologia di sintesi dei farmaci. Lo studio è stato pubblicato su Rapporti scientifici .

La struttura del nuovo supercristallo è simile a una scala elicoidale. Il supercristallo è composto da numerosi punti quantici a forma di bastoncino, minuscoli pezzi di semiconduttore di circa diversi nanometri di dimensione. È importante sottolineare che a differenza dei singoli punti quantici, l'assemblea possiede la proprietà della chiralità. Grazie a questa caratteristica distintiva, tali supercristalli possono trovare ampia applicazione in farmacologia per identificare biomolecole chirali.

Un oggetto è chirale se non può essere sovrapposto alla sua immagine speculare. L'esempio più comune di chiralità sono le mani umane. Nel modello supercristallino, la chiralità può essere visualizzata come due scale a chiocciola con punti quantici come gradini:uno gira a destra, mentre l'altro gira a sinistra. Perciò, il supercristallo è in grado di assorbire la luce polarizzata a sinistra e saltare la luce polarizzata a destra o viceversa a seconda dell'architettura.

Ivan Ruchlenko, responsabile del Laboratorio di Modellazione e Progettazione di Nanostrutture, Appunti, "Come con qualsiasi nanostruttura chirale, la gamma di applicazioni dei nostri supercristalli è enorme. Per esempio, possiamo usarli in farmacologia per identificare molecole farmacologiche chirali. Riunendosi in spirali intorno a loro, i punti quantici possono esibire proprietà collettive che aumentano l'assorbimento delle molecole di centinaia di volte. Così, le molecole possono essere rilevate all'interno della soluzione con molta più precisione".

La chiralità è inerente a quasi tutte le molecole organiche, comprese le proteine, acidi nucleici e altre sostanze nel corpo umano. Per questa ragione, due forme specchio (enantiomeri) di un farmaco hanno un'attività biologica diversa. Mentre una forma può produrre un effetto terapeutico sull'interazione con le molecole chirali nell'organismo, l'altra forma potrebbe non avere alcun effetto o addirittura essere tossica. Questo è il motivo per cui è di vitale importanza un'attenta separazione degli enantiomeri durante la sintesi dei farmaci.

Oltre alla farmacologia, l'attività ottica dei supercristalli può essere utilizzata in diverse applicazioni tecniche in cui è richiesta la polarizzazione della luce. La forma a bastoncino di ciascun punto quantico li fa interagire con la luce lungo l'asse longitudinale, ecco perché la posizione reciproca dei punti quantici ha un'importanza fondamentale per le proprietà ottiche dell'intera struttura. Allo stesso modo, gli effetti ottici dei supercristalli si manifestano più fortemente quando la luce è distribuita lungo l'asse centrale. Perciò, orientando i supercristalli in soluzione gli scienziati possono commutare l'attività ottica del sistema, in modo simile a come si fa con i cristalli liquidi.

Supportato dal Trinity College, gli scienziati hanno esaminato la risposta ottica del modello. Per studiare il supercristallo, i ricercatori hanno variato una serie di parametri morfologici della sua struttura. Lo hanno allungato come una molla e hanno cambiato la distanza tra i punti quantici e il loro orientamento l'uno rispetto all'altro.

"Per la prima volta, potremmo teoricamente identificare i parametri del supercristallo chirale che ci permettono di ottenere il massimo effetto ottico. Grazie a questo approccio, abbiamo evitato la fabbricazione di molte copie non necessarie con proprietà imprevedibili, "dice Anvar Baimuratov, autore principale dello studio, ricercatore associato presso il Center of Information Optical Technologies (IOT) dell'Università ITMO. "Conoscere i parametri di output delle proprietà ottiche, possiamo modellare un supercristallo per risolvere un problema specifico. Al contrario, avere dati sulla struttura dei supercristalli, possiamo prevedere con precisione la sua attività ottica."

Sulla base dei risultati ottenuti dagli scienziati russi, i loro colleghi dell'Università della Tecnologia di Dresda hanno in programma di dare vita al modello e sintetizzare il supercristallo per mezzo di origami di DNA. Questo metodo consente di assemblare una struttura elicoidale da punti quantici attraverso la mediazione di molecole di DNA. "Lo studio sperimentale dei nostri supercristalli dovrebbe confermare le loro proprietà teoricamente previste e identificarne di nuove. Ma il vantaggio principale della nuova struttura dei semiconduttori è già evidente:variare la sua morfologia nel processo di sintesi, possiamo cambiare la risposta ottica del supercristallo in un'ampia gamma di frequenze, " aggiunge Ivan Rukhlenko.

Un certo numero di tecnologie attuali si basano sull'uso di singoli punti quantici. Ora, i ricercatori propongono di raccoglierli in supercristalli. "Assemblare punti quantici in blocchi, otteniamo più gradi di libertà per modificare l'attività ottica delle soluzioni supercristalline. Quanto più complessa è la struttura, più le sue proprietà dipendono da come abbiamo messo insieme gli elementi. L'aggiunta di complessità alla struttura porterà alla comparsa di una serie di nuovi materiali ottici, " conclude Anvar Baimuratov.