Per la prima volta, una singola nanoparticella attorcigliata è stata accuratamente misurata e caratterizzata in un laboratorio, portando gli scienziati ad un passo fondamentale verso un tempo in cui i medicinali verranno prodotti e miscelati su scala microscopica.
I fisici dell’Università di Bath che studiano materiali su nanoscala, ovvero molecole 10.000 più piccole di una testina, hanno formulato osservazioni rivoluzionarie usando un nuovo metodo per esaminare la forma delle nanoparticelle in 3D. Questa tecnica, chiamata tecnica dell’iperattività di scattering hyper-Rayleigh (HRS OA), è stata utilizzata per esaminare la struttura dell’oro (tra gli altri materiali), dando come risultato un’immagine eccezionalmente chiara della torsione del “filetto della vite” nella forma del metallo.
Comprendere lo sviluppo interno di un materiale (noto come chiralità) è vitale nelle industrie che producono medicine, profumi, additivi alimentari e pesticidi, in quanto la direzione in cui si muove l’evoluzione di una molecola determina alcune delle sue proprietà. Ad esempio, una molecola che ruota in senso orario produrrà l’odore dei limoni mentre la stessa molecola che ruota in senso antiorario (l’immagine speculare della molecola profumata di limone) profuma di arance.
“La chiralità è una delle proprietà fondamentali della natura. Esiste nelle particelle subatomiche, nelle molecole (DNA, proteine), negli organi (cuore, cervello), nei bio-materiali (come le conchiglie), nella tempesta nuvole (tornado) e a forma di galassie (spirali che si lanciano nello spazio). ” ha detto il professor Ventsislav Valev, che ha guidato il progetto.
Fino ad ora, i fisici hanno fatto affidamento su metodi ottici statici e vecchi di 200 anni fa per determinare le proprietà chirali di molecole e materiali, ma questi metodi sono deboli e richiedono grandi quantità di molecole o materiali per funzionare. Attraverso l’uso di una tecnica basata su potenti impulsi laser, il professor Valev e il suo team presso il Centro di fotonica e materiali fotonici di Bath hanno prodotto una sonda molto più sensibile per la chiralità, in grado di rilevare una singola nanoparticella mentre galleggia liberamente in un liquido.
Questa scoperta è stata fatta dal Dipartimento di Fisica di Bath in collaborazione con il Dipartimento di Chimica. I risultati dei ricercatori sono pubblicati in Nano Letters.
“Questo è sia un record che una pietra miliare nella nanotecnologia”, ha detto il professor Valev. “Perseguire questa linea di ricerca è uno dei risultati più gratificanti della mia carriera.”
“L’osservazione del gruppo di Valev è storica e scientificamente ci ispira nel nostro lavoro per sintetizzare nuovi nanomateriali 3D chirali”, ha affermato il co-autore del professor Ki Tae Nam della Scienza e ingegneria dei materiali presso la Seoul National University nella Repubblica di Corea.
Le potenziali applicazioni per il rilevamento chirale ultrasensibile sono molte. Ad esempio, molti prodotti farmaceutici sono chirali. I farmacisti locali saranno in grado di sfruttare la tecnologia per mescolare le sostanze in un modo completamente nuovo, producendo prodotti farmaceutici da minuscole goccioline di ingredienti attivi piuttosto che da grandi bicchieri di sostanze chimiche.
“Sarai in grado di andare dal farmacista con una prescrizione e invece di ricevere un medicinale che deve essere miscelato da bottiglie di sostanze chimiche e poi conservato in frigorifero per diversi giorni, andrai via con pillole che sono mini- laboratori. Dopo aver rotto la pillola, un numero preciso di micro-goccioline scorrerà attraverso i microcanali per miscelare e produrre la medicina necessaria. ” dice il professor Valev.
“Affinché questi mini-laboratori producano farmaci chirali, dovrai conoscere il numero di molecole e catalizzatori all’interno di ogni micro gocciolina, nonché la loro chiralità.” ha detto lo specializzando dottor Lukas Ohnoutek, che è il primo autore del documento. “È qui che il nostro risultato è davvero importante. Ora possiamo mirare a produrre microgoccioline contenenti una singola nanoparticella chirale, da utilizzare come catalizzatori nelle reazioni chimiche.”
Il professor Valev ha aggiunto: “Guardando al futuro, possiamo immaginare di costruire materiali chirali e persino macchine, una nanoparticella alla volta, da tali microgoccioline. Fare questo sarebbe sorprendente.”