(Phys.org) —Una combinazione di nanotecnologia e una proprietà di torsione unica della luce potrebbe portare a nuovi metodi per garantire la purezza e la sicurezza dei prodotti farmaceutici.

Una relazione diretta tra il modo in cui la luce viene distorta dalle strutture su scala nanometrica e il modo non lineare in cui interagisce con la materia potrebbe essere utilizzata per garantire una maggiore purezza per i prodotti farmaceutici, consentendo di identificare i "gemelli cattivi" delle droghe con una sensibilità molto maggiore.

I ricercatori dell'Università di Cambridge hanno usato questa relazione, in combinazione con potenti laser e superfici d'oro nanomodellate, proporre un meccanismo di rilevamento che potrebbe essere utilizzato per identificare le versioni destrorse e sinistrorse delle molecole.

Alcune molecole sono simmetriche, quindi la loro immagine speculare è una copia esatta. Però, la maggior parte delle molecole in natura ha un'immagine speculare che è diversa:prova a mettere un guanto sinistro sulla mano destra e vedrai che le tue mani non sono trasponibili l'una sull'altra. Le molecole le cui immagini speculari mostrano questo tipo di "mano" sono conosciute come chirali.

La chiralità di una molecola influenza il modo in cui interagisce con l'ambiente circostante, e diverse forme chirali della stessa molecola possono avere effetti completamente diversi. Forse l'esempio più noto di questo è il talidomide, che è stato prescritto alle donne in gravidanza negli anni '50 e '60. Una forma chirale di talidomide ha funzionato come trattamento efficace per la nausea mattutina all'inizio della gravidanza, mentre l'altra forma, come un "gemello malvagio", impedito la corretta crescita del feto. Il farmaco che è stato prescritto ai pazienti, tuttavia, era un mix di entrambe le forme, risultando in più di 10, 000 bambini in tutto il mondo nati con gravi difetti alla nascita, come arti accorciati o mancanti.

Quando si sviluppano nuovi prodotti farmaceutici, identificare la forma chirale corretta è cruciale. Molecole specifiche si legano a recettori specifici, quindi garantire la corretta forma chirale è presente determina la purezza e l'efficacia del prodotto finale. Però, la difficoltà con il raggiungimento della purezza chirale è che solitamente entrambe le forme sono sintetizzate in quantità uguali.

I ricercatori dell'Università di Cambridge hanno progettato un nuovo tipo di meccanismo di rilevamento, combinando una proprietà di torsione unica della luce con il raddoppio della frequenza per identificare diverse forme chirali di molecole con una sensibilità estremamente elevata, che potrebbe essere utile nello sviluppo di nuovi farmaci. I risultati sono pubblicati sulla rivista Materiale avanzato .

Il meccanismo di rilevamento, progettato dal dottor Ventsislav Valev e dal professor Jeremy Baumberg del Cavendish Laboratory, in collaborazione con colleghi dal Regno Unito e dall'estero, utilizza una superficie d'oro nanomodellata in combinazione con potenti laser.

Attualmente, diverse forme chirali di molecole vengono rilevate utilizzando fasci di luce polarizzata. Il modo in cui la luce viene distorta dalle molecole si traduce in effetti chirottici, che in genere sono molto deboli. Tuttavia, utilizzando potenti laser, emergono effetti chirottici di seconda generazione armonica (SHG), che sono tipicamente tre ordini di grandezza più forti. SHG è un processo quantomeccanico in base al quale due fotoni rossi possono essere annichilati per creare un fotone blu, creando luce blu dal rosso.

Recentemente, un altro importante passo avanti verso l'aumento degli effetti chirottici è venuto dallo sviluppo della luce superchirale, una forma di luce super contorta.

I ricercatori hanno identificato un collegamento diretto tra le equazioni fondamentali per la luce superchirale e SHG, che renderebbe possibili effetti chirottici ancora più forti. La combinazione di luce superchirale e SHG potrebbe produrre effetti da record, che comporterebbe una sensibilità molto elevata per la misurazione della purezza chirale dei farmaci.

I ricercatori hanno anche utilizzato minuscole strutture d'oro, note come nanostrutture plasmoniche, per focalizzare i raggi di luce. Proprio come una lente di vetro può essere utilizzata per focalizzare la luce solare in un determinato punto, queste nanostrutture plasmoniche concentrano la luce in ingresso in punti caldi sulla loro superficie, dove i campi ottici diventano enormi. A causa della presenza di variazioni del campo ottico, è in questi punti caldi che la luce superchirale e SHG combinano i loro effetti.

"Utilizzando nanostrutture, laser e questa proprietà di torsione unica della luce, potremmo distruggere selettivamente la forma indesiderata della molecola, lasciando inalterata la forma desiderata, " ha detto il dottor Valev. "Insieme, queste tecnologie potrebbero aiutare a garantire che i nuovi farmaci siano sicuri e puri".