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Gli Scienziati spiegano l'esistenza della chiralità intrinseca in nanocrystals ordinari

Un gruppo degli scienziati dall'Università di ITMO e dalla Trinity College Dublino ha pubblicato i primi risultati sperimentali che indicano che i nanocrystals ordinari possiedono la chiralità intrinseca e possono essere prodotti in condizioni normali come metà e metà miscela delle immagini di specchio di a vicenda. La scoperta di questi beni fondamentali in nanocrystals apre i nuovi orizzonti in nano e biotecnologia e medicina, per esempio, per tali applicazioni come ha mirato a consegna della droga. I risultati dello studio sono stati pubblicati nelle Lettere Nane.

Questi sono punti levogiro e dextrorotatory di quantum con i difetti chirali destri e sinistri. Credito: Cortesia dell'Università di ITMO

Fin dallo sviluppo dei nanocrystals artificiali, gli scienziati hanno ritenuto quella chiralità -- i beni di un oggetto da essere non-superimposable con la sua immagine di specchio -- era casuale o completamente assente in nanocrystals.

Un esperimento unito eseguito dai ricercatori dalle Ottica del laboratorio di Quantum Nanostructures all'Università di ITMO e del Centro per la Ricerca su Nanostructures e su Nanodevices (CRANN) Adattabili alla Trinity College ha dimostrato che nanocrystals standard (punti di quantum del seleniuro del cadmio e coni retinici di quantum), infatti, compone una miscela racemica (di 50:50) “della destra„ e dei moduli chirali “sinistri„. Finora, i nanocrystals chirali hanno potuto essere raggiunti soltanto artificialmente fissando le molecole chirali speciali del legante alla superficie dei nanocrystals.

La Chiralità è intrinseca a molti oggetti del mondo naturale, a partire dalle particelle elementari alle galassie a spirale. Il Nostro organismo come pure molti altri oggetti biologici complessi, quasi interamente è fatto delle biomolecole chirali. D'importanza, l'attività biologica “della destra„ ed i moduli “lasciati„ dello stesso composto hanno potuto differire drammaticamente. Spesso soltanto un modulo chirale è commestibile o ha l'effetto terapeutico richiesto, mentre il suo antipode sarà nel migliore dei casi inutile. Per esempio, le molecole di un ibuprofene ben noto dell'antidolorifico hanno due isomeri ottici dello specchio. Una di loro effettivamente guide allevia il dolore, mentre l'altra non solo non allevia il dolore, ma è tossica per l'organismo.

Un indicatore chiave dell'ambiente chirale è chiamato attività ottica: secondo il modulo chirale di un nanocrystal, può girare il piano di indicatore luminoso polarizzato alla destra o a sinistra. Una soluzione normale di nanocrystals per definizione non rivela alcun'attività ottica, che sia stata attribuita sempre al inexistence evidente della chiralità in nanocrystals. Dividendosi “moduli lasciati„ e “giusti„ dei nanocrystals, scienziati dall'Università di ITMO e Trinity College riuscita per provare l'opposto.

“L'assenza di attività ottica in una soluzione di nanocrystals può essere spiegata dal fatto che le associazioni racemiche della miscela (di 50:50) sinistre„ e “giuste„ versioni dei nanocrystals che girano simultaneamente il piano di polarizzazione nelle direzioni opposte, così annullandosi fuori,„ dice Maria Mukhina, ricercatore all'Ottica del laboratorio di Quantum Nanostructures. “Spieghiamo l'esistenza stessa della chiralità intrinseca in nanocrystals dai difetti chirali che si presentano naturalmente durante la sintesi normale dei nanocrystals.„

Yurii Gun'ko, il professor alla Trinity College ed al co-direttore della Ricerca Internazionale e Centro di Formazione per Fisica di Nanostructures all'Università di ITMO commenta le applicazioni potenziali del metodo messo a punto dal gruppo:

“C'è una domanda globale di nuovi modi di ottenere le nanoparticelle chirali. Crediamo che il nostro metodo trovi le applicazioni in biopharmaceutics, nanobiotecnologia, nanotoxicology e biomedicina, in particolare per i sistemi diagnostici medici e la consegna mirata a della droga. Per esempio, se tutte le nanoparticelle comunemente usate sono effettivamente chirali, quindi durante l'interazione con un oggetto biologico 50 per cento della miscela di nanoparticella penetreranno nell'oggetto biologico (per esempio cella), mentre gli altri 50 per cento rimarranno fuori. Le implicazioni di questa conclusione sono cruciali per area di nanotoxicology, ma nessuno le ha considerate prima. Un'Altra applicazione potenziale riguarda la capacità dei punti chirali di quantum di emettere l'indicatore luminoso polarizzato levogiro e dextrorotatory, che permette di creare le unità come le visualizzazioni olografiche 3-D e molto più.„

Per separare i moduli chirali differenti dei nanocrystals e catturare la manifestazione della loro chiralità intrinseca, gli scienziati hanno fornito una tecnica che, secondo il gruppo, può potenzialmente essere ampliata ed usata con molti altri nanomaterials inorganici.

I ricercatori hanno immerso i nanocrystals in una soluzione unmixable bifase di acqua e di solvente organico (cloroformio). Poichè i nanocrystals non sono solubili in acqua, per trasferirli a partire dalla fase organica all'acqua, gli scienziati hanno aggiunto la L-Cisteina, una molecola chirale usata frequentemente come un legante per un tal trasferimento di fase. La Cisteina sostituisce i leganti idrofobi sulla superficie dei nanocrystals che rendono gli ultimi solubili in acqua. Di conseguenza, indipendentemente dal modulo chirale di cisteina, tutti i nanocrystals senza eccezione finiranno in acqua. I Ricercatori hanno trovato che se raffreddano la soluzione ed interrompono il trasferimento di fase a certo punto, è possibile raggiungere una situazione, in cui l'insieme di nanocrystals è diviso ugualmente fra le fasi con i nanocrystals di destra “e„„ “a sinistra nelle fasi differenti.

L'attività Ottica in nanocrystals separati in questo modo è conservata anche dopo la rimozione successiva di cisteina dalla superficie, che testimonia ulteriormente all'origine naturale della chiralità intrinseca in nanocrystals.

Sorgente: http://en.ifmo.ru/