Voor de eerste keer, een, gedraaid nanodeeltje is nauwkeurig gemeten en gekarakteriseerd in een laboratorium, wetenschappers een cruciale stap dichter bij een tijd brengen waarin medicijnen op microscopische schaal zullen worden geproduceerd en gemengd.

Natuurkundigen aan de Universiteit van Bath die materialen op nanoschaal bestuderen, dat wil zeggen, moleculen 10, 000 kleiner dan een speldenknop - maakten hun baanbrekende waarnemingen met behulp van een nieuwe methode voor het onderzoeken van de vorm van nanodeeltjes in 3D. Deze techniek, genaamd de hyper-Rayleigh scattering optische activiteit (HRS OA) techniek, werd gebruikt om de structuur van goud (onder andere materialen) te onderzoeken, wat resulteert in een uitzonderlijk helder beeld van de 'schroefdraad' twist in de vorm van het metaal.

Het begrijpen van de wendingen in een materiaal (bekend als de chiraliteit ervan) is van vitaal belang in industrieën die medicijnen produceren, parfums, levensmiddelenadditieven en pesticiden, omdat de richting waarin een molecuul draait, enkele van zijn eigenschappen bepaalt. Bijvoorbeeld, een molecuul dat met de klok mee draait, produceert de geur van citroenen, terwijl het identieke molecuul dat tegen de klok in draait (het spiegelbeeld van het naar citroen ruikende molecuul) naar sinaasappelen ruikt.

"Chiraliteit is een van de meest fundamentele eigenschappen van de natuur. Het bestaat in subatomaire deeltjes, in moleculen (DNA, eiwitten), in organen (het hart, de hersenen), in biomaterialen (zoals schelpen), in onweerswolken (tornado's) en in de vorm van sterrenstelsels (spiralen die door de ruimte slingeren)." zei professor Ventsislav Valev, die het project leidde.

Tot nu, natuurkundigen hebben vertrouwd op 200 jaar oude optische methoden voor het bepalen van de chirale eigenschappen van moleculen en materialen, maar deze methoden zijn zwak en vereisen grote hoeveelheden moleculen of materialen om te werken. Door hun gebruik van een techniek gebaseerd op krachtige laserpulsen, Professor Valev en zijn team van Bath's Centre for Photonics and Photonic Materials hebben een veel gevoeligere sonde voor chiraliteit geproduceerd, een die een enkel nanodeeltje kan detecteren terwijl het vrij in een vloeistof drijft.

Deze ontdekking werd gedaan door Bath's Department of Physics in samenwerking met het Department of Chemistry. De bevindingen van de onderzoekers zijn gepubliceerd in Nano-letters .

"Dit is zowel een record als een mijlpaal in nanotechnologie, " zei professor Valev. "Het voortzetten van deze onderzoekslijn is een van de meest lonende prestaties in mijn carrière geweest."

"De observatie door de groep van Valev is historisch, en wetenschappelijk inspireert het ons in ons werk om nieuwe chirale 3D-nanomaterialen te synthetiseren, " zei co-auteur professor Ki Tae Nam van Material Science and Engineering aan de Seoul National University in de Republiek Korea.

De mogelijke toepassingen voor ultragevoelige chirale detectie zijn talrijk. Bijvoorbeeld, veel geneesmiddelen zijn chiraal. Lokale apothekers zullen de technologie kunnen gebruiken om stoffen op een geheel nieuwe manier te mengen, het produceren van geneesmiddelen uit minuscule druppeltjes actieve ingrediënten in plaats van uit grote bekers chemicaliën.

"Je kunt naar de apotheek gaan met een recept en in plaats van een medicijn te krijgen dat moet worden gemengd uit flessen chemicaliën en vervolgens enkele dagen in de koelkast moet worden bewaard, je loopt weg met pillen die mini-labs zijn. Na het kraken van de pil, een precies aantal microdruppeltjes zal door microkanalen stromen om het benodigde medicijn te mengen en te produceren", zei professor Valev.

"Voor deze mini-labs om chirale medicijnen te produceren, je moet het aantal moleculen en katalysatoren in elke microdruppel weten, evenals hun chiraliteit." zei promovendus Lukas Ohnoutek, wie is de eerste auteur op het papier. "Dit is waar ons resultaat echt belangrijk is. We kunnen nu mikken op het produceren van microdruppels met een enkel chiraal nanodeeltje, te gebruiken als katalysatoren in chemische reacties."

Professor Valev voegde toe:"Vooruitkijkend, we kunnen ons voorstellen dat we chirale materialen en zelfs machines bouwen, één nanodeeltje per keer, van dergelijke microdruppels. Om dat te doen zou geweldig zijn."