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扭曲振动能控制手性药物与补充剂的质量
发布时间:2022-04-28 22:20:03 阅读:141

来源:美国密歇根大学,Kate McAlpine;太赫兹研发网 余郑璟博士 编译

该图显示了五种不同品牌的l-肌肽的太赫兹圆二色谱光谱。虽然有三个样本显示出相同的峰值模式,但测量结果表明,与其余两个样本可能存在差异。
图片来源:密歇根大学Kotov 实验室(Kotov Lab)Wonjin Choi

    要确定具有扭曲性的药物与补充剂——或手性——其结构旋转的方向是否朝着正确的方向发展,这并不容易。现在,由美国密歇根大学主导的研究表明,旋转红外光可以探测分子晶体的结构及其扭曲特性。

    研究人员希望这项技术也能帮助诊断体内扭曲分子的有害堆积,包括膀胱结石、胰岛素原纤维和淀粉样蛋白聚集,如阿尔茨海默病中出现的斑块。

    在一个分子扭曲的世界里,生物学中通常会倾向于右旋或左旋。如果涉及到补充剂这一领域,你可能会注意到它们的名字前面有时会有一个L或D的标识来进行区分。L和D分别表示分子扭曲的方向,要么是顺时针或者是逆时针——而人体通常只采用一种旋转形式。如果分子的旋转方向发生错误,则可能是采用了引起麻烦的填料,这会产生令人不快或危险的副作用。但是,对扭曲分子的质量控制却十分困难,而且目前通常还不能对储存药物和补充剂的手性结构进行有效监管。

    “制药公司最常用的方法通常是对杂质的鉴别非常敏感,但用于测量手性却非常昂贵,”美国密歇根大学化学工程研究员、该论文的第一作者Wonjin Choi解释到。

    这一新方法可以利用太赫兹辐射(光谱中红外部分的一部分)快速识别成品药中分子的错误扭曲与错误化学结构。该方法的发现源自一组国际团队研究人员的共同努力,包括巴西圣卡洛斯联邦大学(Federal University of São Carlos)、巴西生物可再生能源国家实验室(Brazilian Biorenewables National Laboratory)、法国圣母大学(University of Notre Dame)和美国密歇根州立大学(Michigan State University)。

    “生物分子支持扭曲的长程振动,这也被称为手性声子。这些振动对分子的结构及其纳米级组装非常敏感,它创造了特定手性结构的指纹,”密歇根州立大学化学科学与工程欧文•朗缪尔(Irving Langmuir )特聘教授Nicholas Kotov解释到,他同时也是本论文的联合通讯作者。

    该研究团队可以针对通过测试材料的扭曲太赫兹光谱声子进行测量。实验中,他们对目前常被用于营养补充剂的L-肌肽进行了甄别。

    Kotov补充说:“如果分子的扭曲方向是错误的,如果分子组合方式的扭曲方向是错误的,或者如果是不同的材料发生了混合,所有这些都可以从光谱中加以推断。”

    美国密歇根州立大学兽医学教授、同时也是该论文联合作者之一John Kruger提供了狗的膀胱结石,于是研究小组也发现了结石的手性特征。该研究小组希望这些发现能帮助宠物以及后来对人类都可以进行的快速诊断。此外,他们还研究了胰岛素在生长成纳米纤维时的活性。如果太赫兹光技术可以用于家庭医疗,它还可以对胰岛素的质量进行验证。

    该研究团队不仅仅对结构进行了测量,还探索了光如何去影响结构。巴西圣卡洛斯联邦大学化学教授André Farias de Moura通过计算发现,当太赫兹光产生手性声子时,多个生物分子会产生剧烈扭曲和振动。André 同时也是该论文的联合作者之一。

    André还补充到:“我们预见了未来的新道路——例如使用具有定制极化的太赫兹波来操纵大分子组装。它可能在许多合成应用中去取代微波,在这些应用中,分子的利手性十分重要。”

    基于André的计算,Kotov和Choi认为,由太赫兹光引起的手性声子扭曲与振动可能会使导致疾病引起的纳米纤维更容易受到医疗干预。研究小组未来的工作将去探索这种互动是否可以用来打破疾病引起的纳米纤维。

 
 

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