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 de imágenes especulares entre sí. El descubrimiento de estoLa propiedad fundamental de los nanocristales abre nuevos horizontes en la nanotecnología y la biotecnología y la medicina, por ejemplo, para aplicaciones tales como la administración dirigida de medicamentos. Los resultados del estudio se publicaron en Nano letras .
Desde el desarrollo de nanocristales artificiales, los científicos pensaron que la quiralidad, la propiedad de un objeto de no ser superponible con su imagen especular, era aleatoria o completamente ausente en los nanocristales.
Un experimento conjunto realizado por investigadores del laboratorio de Óptica de Nanoestructuras Cuánticas en la Universidad ITMO y el Centro de Investigación sobre Nanoestructuras y Nanodispositivos Adaptativos CRANN en el Trinity College ha demostrado que los nanocristales estándar puntos cuánticos de seleniuro de cadmio y barras cuánticas, de hecho,forma una mezcla racémica 50:50 de formas quirales 'derecha' e 'izquierda'. Hasta ahora, los nanocristales quirales solo podían lograrse artificialmente uniendo moléculas especiales de ligando quiral a la superficie de los nanocristales.
La quiralidad es intrínseca a muchos objetos del mundo natural, comenzando desde partículas elementales hasta galaxias espirales. Nuestro cuerpo, al igual que muchos otros objetos biológicos complejos, está hecho casi en su totalidad de biomoléculas quirales. Es importante destacar que la actividad biológica del "derecho"y las formas 'izquierda' del mismo compuesto pueden diferir dramáticamente. A menudo, solo una forma quiral es comestible o tiene el efecto terapéutico requerido, mientras que su antípoda será inútil en el mejor de los casos. Por ejemplo, las moléculas de un conocido analgésico ibuprofeno tienen dos ópticasisómeros espejo. Uno de ellos ayuda a aliviar el dolor, mientras que el otro no solo no alivia el dolor, sino que 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 ningunaactividad óptica, que siempre se atribuyó a la aparente inexistencia de quiralidad en los nanocristales. Habiendo dividido las formas 'izquierda' y 'derecha' de los 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,Maria Mukhina, investigadora del laboratorio de Óptica de Nanoestructuras Cuánticas, se cancela entre sí. "Explicamos la existencia de quiralidad intrínseca en los nanocristales por defectos quirales que ocurren naturalmente durante la síntesis normal de nanocristales".
Yurii Gun'ko, profesora del Trinity College y codirectora del Centro Internacional de Investigación y Educación para la Física de las Nanoestructuras de la Universidad ITMO comenta sobre posibles aplicaciones del método desarrollado por el grupo :
'Existe una demanda global 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 medicamentos específicos. Por ejemplo, si todos se usan comúnmentelas nanopartículas son de hecho 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, la célula, mientras que el otro 50 por ciento permanecerá afuera. Las implicaciones de esta conclusión son cruciales para el área de nanotoxicología, pero nadielos consideró antes. Otra aplicación potencial tiene que ver con la capacidad de los puntos cuánticos quirales para emitir luz polarizada levorrotatoria y dextrorrotatoria, lo que hace posible crear dispositivos como pantallas holográficas en 3-D 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, puede expandirse potencialmente y usarse con muchos otros nanomateriales inorgánicos.
Los investigadores sumergieron los nanocristales en una solución de agua y disolvente orgánico cloroformo no mezclables en dos fases. Como los nanocristales no son solubles en agua, para transferirlos de la fase orgánica al agua, los científicos agregaron L-cisteína, una molécula quiralse usa con frecuencia como ligando para dicha transferencia de fase. La cisteína reemplaza a los ligandos hidrófobos en la superficie de los nanocristales y los hace solubles en agua. Como resultado, independientemente de la forma quiral de la cisteína, todos los nanocristales, sin excepción, terminarán en agua.descubrieron que si enfrían la solución e interrumpen la transferencia de fase en un determinado punto, es posible lograr una situación en la que el conjunto de nanocristales se divide por igual entre las fases con nanocristales 'izquierdo' y 'derecho' en diferentes fases.
La actividad óptica en los nanocristales separados de esta manera se conserva incluso después de la posterior eliminación de la cisteína de la superficie, lo que además demuestra el origen natural de la quiralidad intrínseca en los nanocristales.
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Materiales proporcionado por Universidad ITMO . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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