Nová metoda třídění nanočástic světlem: Ultra tenká optická vlákna otevírají cestu k lepším lékům

Vědci z Japonska a Jižní Koreje představili převratnou metodu, která umožňuje manipulovat a třídit chirální nanočástice pomocí světla.

Vědci z Japonska a Jižní Koreje představili převratnou metodu, která umožňuje manipulovat a třídit chirální nanočástice pomocí světla. Tento objev, publikovaný v časopise Nature Communications, řeší dlouhodobou výzvu v oblasti nanotechnologií a otevírá nové možnosti pro vývoj léků a studium biologických systémů.

Chiralita, neboli „ruční“ uspořádání, je základní vlastností mnoha důležitých objektů, včetně molekul nezbytných pro život, jako jsou aminokyseliny. Chirální objekty nejsou totožné se svými zrcadlovými obrazy a často se vyznačují strukturou, která se stáčí určitým směrem. Stejně jako se pravotočivý a levotočivý šroub chovají odlišně při otáčení, chirální částice reagují rozdílně na kruhově polarizované světlo. Tato vlastnost teoreticky umožňuje jejich třídění, což je klíčové například ve farmaceutickém průmyslu, kde handedness molekuly určuje, jak interaguje s biologickými systémy.

Dosud bylo třídění mikročástic (o velikosti lidského vlasu) pomocí kruhově polarizovaného světla úspěšné. Avšak u nanočástic, které jsou tisíckrát menší, se tato metoda nedařila. Interakce s světlem je u nich slabší a náhodný pohyb často převyšuje síly vyvolané světlem. Tým výzkumníků z Tokyo University of Science, Institute for Molecular Science a Seoul National University překonal toto omezení použitím ultra tenkého optického vlákna. Světlo je v něm silně koncentrováno blízko povrchu vlákna v takzvaném evanescentním poli, což výrazně zesiluje jeho interakci s částicemi.

Pomocí kruhově polarizovaného světla v tomto evanescentním poli vědci vytvořili situaci, kdy levotočivé a pravotočivé částice zažívají odlišné síly. Experimentovali s drobnými kovovými nanokostkami se zkroucenými plochami, které jim dodávaly definovanou chiralitu. Když byly tyto částice umístěny blízko optického vlákna, pohybovaly se podél jeho délky. Směr a rychlost tohoto pohybu závisely jak na handedness částic, tak na polarizaci světla. Přepínáním kruhové polarizace světla mezi směrem hodinových ručiček a proti směru hodinových ručiček mohli vědci obrátit reakci levotočivých a pravotočivých částic, čímž změnili směr jejich pohybu podél vlákna. To umožnilo chirálně selektivní transport a efektivní optické oddělování nanočástic.

Tento objev představuje jednodušší a účinnější způsob, jak kontrolovat chiralitu v nanoměřítku. Vědci věří, že pokud se tento přístup podaří rozšířit na částice 10 až 100krát menší, mohlo by být možné manipulovat s jednotlivými molekulami. To by mohlo otevřít nové cesty pro studium chirality v biologických systémech a vést ke zlepšeným technikám pro oddělování a navrhování léků na základě jejich molekulární handedness, což by mohlo zásadně posunout farmaceutický výzkum a vývoj. Autoři studie, Dr. Georgiy Tkachenko a Akiyoshi Suda, spolu s týmy profesorů Marka Sadgrovea, Ki Tae Nama a Hiromi Okamotoa, tak položili základ pro budoucí inovace v medicíně a nanotechnologiích.