Pour la première fois, un seul, nanoparticule torsadée a été mesurée avec précision et caractérisée en laboratoire, rapprocher les scientifiques d'une étape vitale vers une époque où les médicaments seront produits et mélangés à une échelle microscopique.

Les physiciens de l'Université de Bath qui étudient les matériaux à l'échelle nanométrique, c'est-à-dire molécules 10, 000 plus petites qu'une tête d'épingle—ont fait leurs observations révolutionnaires à l'aide d'une nouvelle méthode d'examen de la forme des nanoparticules en 3D. Cette technique, appelée technique de l'activité optique de diffusion hyper-Rayleigh (HRS OA), a été utilisé pour examiner la structure de l'or (entre autres matériaux), résultant en une image exceptionnellement claire de la torsion du « filetage de vis » dans la forme du métal.

Comprendre les torsions d'un matériau (appelé sa chiralité) est vital dans les industries qui produisent des médicaments, parfums, additifs alimentaires et pesticides, car la direction dans laquelle une molécule se tord détermine certaines de ses propriétés. Par exemple, une molécule qui tourne dans le sens des aiguilles d'une montre produira une odeur de citron tandis que la molécule identique se tordant dans le sens inverse des aiguilles d'une montre (l'image miroir de la molécule qui sent le citron) sentira l'orange.

"La chiralité est l'une des propriétés les plus fondamentales de la nature. Elle existe dans les particules subatomiques, dans les molécules (ADN, protéines), dans les organes (le cœur, le cerveau), dans les biomatériaux (comme les coquillages), dans les nuages ​​d'orage (tornades) et sous la forme de galaxies (spirales se projetant dans l'espace)." a déclaré le professeur Ventsislav Valev, qui a mené le projet.

Jusqu'à maintenant, les physiciens se sont appuyés sur des méthodes optiques vieilles de 200 ans pour déterminer les propriétés chirales des molécules et des matériaux, mais ces méthodes sont faibles et nécessitent de grandes quantités de molécules ou de matériaux pour fonctionner. Grâce à leur utilisation d'une technique basée sur de puissantes impulsions laser, Le professeur Valev et son équipe du Bath's Center for Photonics and Photonic Materials ont produit une sonde beaucoup plus sensible pour la chiralité, celui qui peut détecter une seule nanoparticule lorsqu'elle flotte librement dans un liquide.

Cette découverte a été faite par le département de physique de Bath en collaboration avec le département de chimie. Les résultats des chercheurs sont publiés dans Lettres nano .

"C'est à la fois un record et une étape importante dans la nanotechnologie, " a déclaré le professeur Valev. " Poursuivre cette ligne de recherche a été l'une des réalisations les plus enrichissantes de ma carrière. "

« Le constat du groupe de Valev est historique, et scientifiquement il nous inspire dans notre travail de synthèse de nouveaux nanomatériaux chiraux 3-D, ", a déclaré le co-auteur de l'étude, le professeur Ki Tae Nam de la science et de l'ingénierie des matériaux à l'Université nationale de Séoul en République de Corée.

Les applications potentielles de la détection chirale ultra-sensible sont nombreuses. Par exemple, de nombreux produits pharmaceutiques sont chiraux. Les pharmaciens locaux pourront exploiter la technologie pour mélanger les substances d'une toute nouvelle manière, produire des produits pharmaceutiques à partir de minuscules gouttelettes d'ingrédients actifs plutôt que de grands béchers de produits chimiques.

"Vous pourrez vous rendre à la pharmacie avec une ordonnance et au lieu de recevoir un médicament qui doit être mélangé à partir de flacons de produits chimiques puis conservé au réfrigérateur pendant plusieurs jours, vous repartirez avec des pilules qui sont des mini-laboratoires. En cassant la pilule, un nombre précis de micro-gouttelettes circulera à travers les microcanaux pour mélanger et produire le médicament nécessaire", a déclaré le professeur Valev.

"Pour que ces mini-laboratoires produisent des médicaments chiraux, vous aurez besoin de connaître le nombre de molécules et de catalyseurs dans chaque microgouttelette, ainsi que leur chiralité », a déclaré Lukas Ohnoutek, étudiant au doctorat, qui est le premier auteur sur le papier. "C'est là que notre résultat est vraiment important. Nous pouvons maintenant viser à produire des microgouttelettes contenant une seule nanoparticule chirale, à utiliser comme catalyseurs dans les réactions chimiques.

Le professeur Valev a ajouté :« Pour l'avenir, on peut imaginer construire des matériaux chiraux et même des machines, une nanoparticule à la fois, de ces microgouttelettes. Ce serait incroyable de le faire."