(Phys.org) — Une combinaison de nanotechnologie et d'une propriété de torsion unique de la lumière pourrait conduire à de nouvelles méthodes pour garantir la pureté et la sécurité des produits pharmaceutiques.

Une relation directe entre la manière dont la lumière est tordue par des structures nanométriques et la manière non linéaire dont elle interagit avec la matière pourrait être utilisée pour assurer une plus grande pureté pour les produits pharmaceutiques, permettant d'identifier les « jumeaux maléfiques » de drogues avec une bien plus grande sensibilité.

Des chercheurs de l'Université de Cambridge ont utilisé cette relation, en combinaison avec des lasers puissants et des surfaces d'or à nanomotifs, proposer un mécanisme de détection qui pourrait être utilisé pour identifier les versions droitières et gauchers des molécules.

Certaines molécules sont symétriques, donc leur image miroir est une copie exacte. Cependant, la plupart des molécules dans la nature ont une image miroir qui diffère - essayez de mettre un gant pour gaucher sur votre main droite et vous verrez que vos mains ne sont pas transposables l'une sur l'autre. Les molécules dont les images miroir présentent cette sorte de « maniabilité » sont appelées chirales.

La chiralité d'une molécule affecte la façon dont elle interagit avec son environnement, et différentes formes chirales de la même molécule peuvent avoir des effets complètement différents. L'exemple le plus connu est peut-être la thalidomide, qui a été prescrit aux femmes enceintes dans les années 1950 et 1960. Une forme chirale de la thalidomide a fonctionné comme un traitement efficace contre les nausées matinales en début de grossesse, tandis que l'autre forme, comme un « jumeau maléfique », empêchait la bonne croissance du fœtus. Le médicament qui a été prescrit aux patients cependant, était un mélange des deux formes, résultant en plus de 10, 000 enfants dans le monde naissent avec de graves malformations congénitales, tels que des membres raccourcis ou manquants.

Lors du développement de nouveaux produits pharmaceutiques, l'identification de la forme chirale correcte est cruciale. Des molécules spécifiques se lient à des récepteurs spécifiques, ainsi, s'assurer que la forme chirale correcte est présente détermine la pureté et l'efficacité du produit final. Cependant, la difficulté d'atteindre la pureté chirale est que les deux formes sont généralement synthétisées en quantités égales.

Des chercheurs de l'Université de Cambridge ont conçu un nouveau type de mécanisme de détection, combinant une propriété de torsion unique de la lumière avec un doublement de fréquence pour identifier différentes formes chirales de molécules avec une sensibilité extrêmement élevée, qui pourraient être utiles dans le développement de nouveaux médicaments. Les résultats sont publiés dans la revue Matériaux avancés .

Le mécanisme de détection, conçu par le Dr Ventsislav Valev et le professeur Jeremy Baumberg du Laboratoire Cavendish, en collaboration avec des collègues du Royaume-Uni et de l'étranger, utilise une surface d'or à nanomotifs en combinaison avec des lasers puissants.

Actuellement, différentes formes chirales de molécules sont détectées en utilisant des faisceaux de lumière polarisée. La façon dont la lumière est déformée par les molécules entraîne des effets chiroptiques, qui sont généralement très faibles. Cependant, en utilisant des lasers puissants, des effets chiroptiques de génération de deuxième harmonique (SHG) apparaissent, qui sont généralement de trois ordres de grandeur plus forts. SHG est un processus de mécanique quantique par lequel deux photons rouges peuvent être annihilés pour créer un photon bleu, créant une lumière bleue à partir du rouge.

Récemment, une autre étape importante vers l'augmentation des effets chiroptiques est venue du développement de la lumière superchirale - une forme de lumière super sinueuse.

Les chercheurs ont identifié un lien direct entre les équations fondamentales de la lumière superchirale et SHG, ce qui rendrait possible des effets chiroptiques encore plus forts. La combinaison de la lumière superchirale et du SHG pourrait produire des effets records, ce qui se traduirait par une très grande sensibilité pour mesurer la pureté chirale des médicaments.

Les chercheurs ont également utilisé de minuscules structures en or, appelées nanostructures plasmoniques, focaliser les faisceaux lumineux. Tout comme une lentille en verre peut être utilisée pour focaliser la lumière du soleil sur un certain endroit, ces nanostructures plasmoniques concentrent la lumière entrante dans des points chauds à leur surface, où les champs optiques deviennent énormes. En raison de la présence de variations de champ optique, c'est dans ces points chauds que la lumière superchirale et SHG combinent leurs effets.

« En utilisant des nanostructures, lasers et cette propriété de torsion unique de la lumière, nous pourrions détruire sélectivement la forme indésirable de la molécule, tout en laissant la forme souhaitée inchangée, " dit le Dr Valev. " Ensemble, ces technologies pourraient aider à garantir que les nouveaux médicaments sont sûrs et purs. »