Semicondutores em nanoescala torcidos manipulam a luz de uma nova maneira, mostraram pesquisadores da Universidade de Bath e da Universidade de Michigan. O efeito pode ser aproveitado para acelerar a descoberta e o desenvolvimento de medicamentos que salvam vidas, bem como tecnologias fota´nicas.

Especificamente, o efeito fota´nico pode ajudar a permitir o rápido desenvolvimento e triagem de novos antibia³ticos e outras drogas por meio da automação osessencialmente, químicos robóticos. Ele oferece uma nova ferramenta de análise para triagem de alto rendimento, um manãtodo para analisar vastas bibliotecas de compostos qua­micos. Uma pequena amostra de cada composto preenche um poa§o em uma microplaca. Os poa§os podem ser tão pequenos quanto um mila­metro caºbico, e um prato do tamanho de uma barra de chocolate pode conter mil deles.

“Para atender aos requisitos da química roba³tica emergente, os poa§os estãoficando muito pequenos ospequenos demais para os manãtodos anala­ticos atuais”, disse Ventsislav Valev, professor de física da Universidade de Bath, no Reino Unido, e coautor correspondente do artigo na Nature . Fota´nica . "Então, fundamentalmente novos manãtodos são necessa¡rios para analisar possa­veis drogas."

Uma das principais medidas na análise de drogas éa quiralidade , ou de que maneira a molanãcula se torce. Os sistemas biola³gicos, incluindo o corpo humano, geralmente preferem uma direção a  outra, uma curva para destros ou canhotos. Na melhor das hipa³teses, uma molanãcula de droga com a torção errada não faz nada, mas na pior, pode causar danos. O efeito descoberto pelos pesquisadores permite que a quiralidade seja medida em volumes 10 mil vezes menores que um mila­metro caºbico.

"Os pequenos volumes possa­veis para o registro desses efeitos são a propriedade de mudança de jogo que permite aos pesquisadores usar quantidades muito pequenas de medicamentos caros e coletar milhares de vezes mais dados", disse Nicholas Kotov, professor de ciências químicas e engenharia da Universidade Irving Langmuir. na Universidade de Michigan e coautor correspondente do artigo.

O manãtodo conta com uma estrutura inspirada em desenhos biola³gicos, desenvolvida no laboratório de Kotov. O telureto de ca¡dmio, um semicondutor comumente usado em células solares, émoldado em nanoparta­culas que se assemelham a segmentos curtos de fita torcida. Estes se montam em hanãlices , imitando a forma como as protea­nas se montam.

"Estando iluminadas com luz vermelha, as pequenas hanãlices semicondutoras geram uma nova luz azul e torcida. A luz azul também éemitida em uma direção especa­fica, o que facilita a coleta e análise", disse Kotov. “A tra­ade de efeitos a³pticos incomuns reduz drasticamente o rua­do que outras moléculas epartículas em nanoescala em fluidos biola³gicos podem causar”.

Para usar esses efeitos na triagem de alto rendimento para descoberta de medicamentos, as nanoparta­culas montadas em hanãlices podem ser misturadas com um candidato a medicamento. Quando as nanohlices formam uma estrutura de chave e fechadura com a droga, simulando o alvo da droga, a torção das nanohlices mudara¡ drasticamente. Esta mudança na torção pode ser medida atravanãs da luz azul.

"As aplicações de medicamentos são agora apenas uma questãode desenvolvimento tecnola³gico. Nosso pra³ximo passo ébuscar financiamento para esse desenvolvimento", disse Valev, que liderou os experimentos fota´nicos em Bath.

A geração da luz azul a partir do vermelho também éútil no desenvolvimento de drogas em amostras que se aproximam da complexidade dos tecidos biola³gicos. A separação de duas cores de luz étecnicamente fa¡cil e ajuda a reduzir o rua­do da luz, falsos positivos e falsos negativos. Enquanto a equipe tentava experimentos testando o conceito biola³gico, os fechamentos e atrasos do COVID-19 faziam com que as amostras de protea­na estragassem a cada vez.

"O pa³s-doc do meu lado, Ji-Young Kim, e o estudante de doutorado Lukas Ohnoutek do lado de Bath, eles são hera³is. Eles estavam tentando trabalhar em alguns turnos noturnos, mesmo quando era muito restrito", disse Kotov.

A Universidade de Michigan entrou com pedido de proteção de patente e estãobuscando parceiros para levar a nova tecnologia ao mercado.