نور تراهرتز ارتعاشات پیچشی در مولکول‌های زیستی مانند پروتئین‌ها ایجاد می‌کند و تأیید می‌کند که آیا ترکیبات و ساختارهای آنها ایمن و مؤثر هستند یا خیر. —

محققان امیدوارند که این تکنیک همچنین بتواند به تشخیص تجمع مضر مولکول های پیچ خورده در بدن، از جمله سنگ های مثانه، فیبرهای انسولین و تجمعات آمیلوئیدی مانند پلاک هایی که در بیماری آلزایمر ظاهر می شوند، کمک کند.

در دنیایی از مولکول‌های پیچ خورده، زیست‌شناسی اغلب نسخه‌های راست‌دست یا چپ‌دست را ترجیح می‌دهد. با قدم زدن در راهروی مکمل، ممکن است متوجه شوید که برخی از آنها یک L یا D در جلوی نام ها دارند. L و D جهت چرخش مولکول، در جهت عقربه‌های ساعت یا خلاف جهت عقربه‌های ساعت را نشان می‌دهند – بدن انسان معمولاً فقط از یک نسخه استفاده می‌کند. مولکول هایی با پیچش اشتباه می توانند پرکننده های مزاحم باشند یا عوارض جانبی ایجاد کنند که می تواند ناخوشایند یا خطرناک باشد. اما کنترل کیفیت برای مولکول‌های پیچ خورده سخت است و نظارت بر ساختارهای کایرال داروها و مکمل‌های نگهداری شده در انبار معمولاً انجام نمی‌شود.

Wonjin Choi، محقق مهندسی شیمی در UM و اولین نویسنده مقاله در Nature Photonics می‌گوید: «روش‌هایی که معمولاً در شرکت‌های داروسازی استفاده می‌شوند، به ناخالصی‌ها بسیار حساس هستند، اما اندازه‌گیری کایرالیته گران است.

روش جدید می تواند به سرعت پیچش های اشتباه و ساختارهای شیمیایی اشتباه را در داروهای بسته بندی شده با استفاده از تابش تراهرتز، بخشی از قسمت مادون قرمز طیف، تشخیص دهد. این توسط یک تیم بین المللی، از جمله محققان در دانشگاه فدرال سائو کارلوس، برزیل توسعه یافته است. آزمایشگاه ملی انرژی‌های زیستی برزیل؛ دانشگاه نوتردام؛ و دانشگاه ایالتی میشیگان

نیکلاس کوتوف، استاد برجسته دانشگاه ایروینگ لانگمویر، گفت: “مولکول های زیستی از ارتعاشات پیچ خورده و دوربرد پشتیبانی می کنند که به عنوان فونون های کایرال نیز شناخته می شوند. این ارتعاش ها به ساختار مولکول ها و مجموعه های نانومقیاس آنها بسیار حساس هستند و اثر انگشت یک ساختار کایرال خاص را ایجاد می کنند.” از علوم شیمی و مهندسی در UM و نویسنده همکار.

این تیم توانست این فونون ها را در طیف نور تراهرتز پیچ خورده ای که از مواد آزمایش شده عبور می کند اندازه گیری کند. یکی از اینها، ال کارنوزین، در حال حاضر به عنوان یک مکمل غذایی استفاده می شود.

کوتوف گفت: “اگر پیچش مولکول اشتباه است، اگر پیچش در نحوه بسته بندی مولکول ها درست نباشد، یا اگر مواد مختلفی با هم مخلوط شده باشند، همه اینها را می توان از طیف ها استنباط کرد.”

جان کروگر، استاد دامپزشکی در دانشگاه ایالتی میشیگان و یکی از نویسندگان مقاله، سنگ‌های مثانه را از سگ‌ها تهیه کرد و تیم، امضای کایرال آنها را کشف کرد. این تیم امیدوار است که این یافته ها بتواند به تشخیص سریع برای حیوانات خانگی و شاید انسان های بعدی کمک کند. علاوه بر این، انسولین را با تبدیل شدن به نانوالیافی که آن را غیرفعال می‌کند، مورد مطالعه قرار دادند. اگر بتوان فناوری نور تراهرتز را برای مراقبت های بهداشتی در خانه تطبیق داد، می تواند کیفیت انسولین را تأیید کند.

این تیم همچنین بررسی کردند که چگونه نور می تواند بر ساختارها تأثیر بگذارد، نه اینکه فقط آنها را اندازه گیری کند. محاسبات انجام شده توسط André Farias de Moura، استاد شیمی در دانشگاه فدرال سائو کارلوس و نویسنده همکار، نشان می‌دهد که وقتی نور تراهرتز فونون‌های کایرال تولید می‌کند، مولکول‌های زیستی متعدد به شدت می‌پیچند و می‌لرزند.

د مورا می گوید: “ما راه های جدیدی را پیش رو پیش بینی می کنیم — به عنوان مثال از امواج تراهرتز با قطبش مناسب برای دستکاری مجموعه های مولکولی بزرگ استفاده می کنیم. ممکن است در بسیاری از کاربردهای سنتز که در آن ها دست بودن مولکول ها اهمیت دارد، جایگزین امواج مایکروویو شود.”

بر اساس محاسبات دی مورا، کوتوف و چوی معتقدند که ارتعاشات پیچشی فونون های کایرال ناشی از نور تراهرتز ممکن است نانوالیاف عامل بیماری را در برابر مداخلات پزشکی آسیب پذیرتر کند. کار آینده بررسی خواهد کرد که آیا می توان از این تعامل برای تجزیه آنها استفاده کرد یا خیر.

این کار توسط وزارت دفاع ایالات متحده، دفتر تحقیقات نیروی دریایی، آژانس پروژه های تحقیقاتی پیشرفته دفاعی و بنیاد ملی علوم پشتیبانی شد. آژانس های مالی برزیل CAPES و FAPESP. انجمن ژاپن برای ترویج علم و بنیاد یوشیدا؛ و UM

این مواد در مرکز خصوصیات مواد میشیگان مورد مطالعه قرار گرفتند. کوتوف همچنین جوزف بی و فلورانس وی سیکا استاد مهندسی و استاد مهندسی شیمی، علم و مهندسی مواد، و علم و مهندسی ماکرومولکولی است.