In de jaren 1960, het kalmerende middel thalidomide was zeer populair als een van de weinige niet-barbituraat, over-the-counter slaap-hulpmiddelen op de markt. Toen artsen merkten dat het ook hielp om ochtendmisselijkheid bij zwangere vrouwen te verlichten, velen begonnen het aan patiënten aan te bevelen voor dit off-label gebruik. Wat volgde was een wereldwijde explosie van het aantal kinderen dat werd geboren met focomelia - verkorte of afwezige ledematen. Kinderen van wie de moeder thalidomide had gekregen van hun artsen.

Thalidomide was een verder onschadelijke verbinding, dus wat zorgde ervoor dat het zulke schadelijke bijwerkingen had? Het antwoord ligt in de eigenschap van chiraliteit.

Net als een paar handen, sommige moleculen bestaan ​​in twee structuren, bekend als enantiomeren, die onderscheidbare spiegelbeelden van elkaar zijn. Dit worden chirale moleculen genoemd. Deze chirale moleculen vormen zeer vaak de basis voor veel belangrijke geneesmiddelen. Maar bij het synthetiseren van deze moleculen voor farmaceutische producten, geneesmiddelen zoals thalidomide, ibuprofen, penicilline, en nog veel meer - het is erg moeilijk om te weten welke "hand" je gaat krijgen, en dus eindigen fabrikanten met batches moleculen die een mix zijn van beide enantiomeren. In tegenstelling tot deze synthetische chirale moleculen, de moleculen waaruit het leven op aarde bestaat, zijn homochiraal, dat wil zeggen alle suikers, DNA, aminozuren, en eiwitten bestaan ​​in slechts één van hun twee enantiomere vormen. Hierin ligt het probleem:wanneer chirale geneesmiddelen worden vervaardigd zonder rekening te houden met hun "handigheid, " de ene enantiomeer kan therapeutisch zijn, terwijl de andere toxisch is.

Geneesmiddelenfabrikanten hebben er dus alle belang bij om batches van deze chirale moleculen te kunnen maken en de ene hand van de andere te kunnen scheiden. Voor het grootste gedeelte, dit wordt gedaan door een oppervlak te creëren uit chirale moleculen van een enkele enantiomeer. Als je er andere chirale moleculen overheen laat gaan, de homochirale oppervlaktemoleculen grijpen die van hun tegengestelde enantiomeer, ze vast te houden aan de oppervlakte, waardoor alleen moleculen van het gewenste enantiomeer succesvol kunnen passeren. Op die manier, wat ze overhouden zijn moleculen van slechts een enkele enantiomeer, die vervolgens in geneesmiddelen kunnen worden gebruikt zonder het risico op toxiciteit te lopen.

Hoewel veel bedrijven erin zijn geslaagd om voor dit doel hun eigen kunstmatige chirale oppervlakken te creëren, Nisha Shukla en Andrew Gellman hebben een aantal nieuwe, eenvoudigere methoden voor het maken van natuurlijk chirale metalen oppervlakken, zoals uiteengezet in hun perspectief "Chirale metalen oppervlakken voor enantioselectieve processen, " gepubliceerd in Natuurmaterialen .

"Tot ons oorspronkelijke werk, niemand wist dat metalen oppervlakken structuren konden hebben die intrinsiek chiraal zijn, " zegt Gellman, een professor in de chemische technologie. "Maar deze ontdekking zou nieuwe processen kunnen bieden voor het doen van enantioselectieve chirale chemie en daardoor nieuwe routes mogelijk maken naar enantiomeer zuivere chirale geneesmiddelen."

De meeste chirale oppervlakken in praktisch gebruik, volgens Gellman, zijn gemaakt van achirale materialen die vervolgens worden behandeld of gemodificeerd met enantiomeer zuivere chirale adsorbaten, waardoor ze chiraal en daarom bruikbaar in chirale scheiding. Maar dit nieuwe onderzoek heeft voor het eerst aangetoond dat er veel routes zijn om anorganische materialen te bereiden, metalen in het bijzonder, die al intrinsiek chiraal zijn, wat betekent dat ze niet met deze chirale adsorbaten hoeven te worden behandeld om bruikbaar te zijn.

"Deze chirale anorganische materialen zijn veel efficiënter dan de traditioneel gebruikte organische materialen, " zegt Shukla, hoofdsysteemwetenschapper in de Engineering Research Accelerator, "omdat ze hun chirale structuur kunnen behouden bij hogere temperaturen en onder omstandigheden waarin chirale organische materialen zouden ontleden."

Maar zoals bij elk commercieel proces, om levensvatbaar te zijn, het moet schaalbaar zijn. Door hun onderzoek naar deze intrinsiek chirale oppervlakken en analyse van recente ontwikkelingen in het veld, Gellman en Shukla hebben aangetoond dat de weg naar schaalbare fabricage van deze grootschalige, enantiomeer zuivere oppervlakken is mogelijk. In hun onderzoek hebben ze schetsen een aantal mogelijke methoden om ze te ontwikkelen - van het kweken van chirale metaalfilms, om oppervlakken te bedrukken met chirale patronen, voor de ontwikkeling van chirale nanodeeltjes. Ze bieden zelfs de mogelijkheid om chirale oppervlakteoriëntaties in gestructureerde substraten aan te brengen, hoewel dit nader onderzoek vereist.

"Elk van deze methoden heeft het potentieel om de volledig schaalbare productie van chirale metalen oppervlakken naar een aantal industrieën te brengen, inclusief geneesmiddelen, landbouwchemicaliën, en anderen, ", zegt Gellman. "Welke methode het meest efficiënt is, hangt uiteindelijk af van de problemen waarmee die specifieke industrie wordt geconfronteerd en de specifieke chirale chemie die een fabrikant wil beheersen."