يوضح بحث جديد كيف يمكن للأسطح المعدنية اللولبية أن توفر طريقة جديدة لتحضير المواد الطبية
يوضح بحث جديد كيف يمكن للأسطح المعدنية اللولبية أن توفر طريقة جديدة لتحضير المواد الطبية.
توفر هذه الأسطح المعدنية، ذات اللامركزية الأصلية، طرقًا جديدة للتحكم في الكيمياء اللامركزية، مع فتح الباب أمام إمكانيات مثيرة للاهتمام لاستخدام محفزات غير متجانسة في تصنيع الأدوية. ومن الممكن أيضًا أن تصبح مثل هذه الأسطح أساسًا لتقنيات الاستشعار الحيوي المبتكرة.
العظم الحلزوني، مثل أي من أيدينا، هو عظم لا يمكن أن يتداخل مع صورته في المرآة. إن عدم الانطباق هو سمة أساسية للكيمياء الحيوية - اللبنات الأساسية للحياة، والأحماض الأمينية والسكريات، هي جزيئات لا انطباقية: يمكن أن توجد هياكلها الجزيئية المكانية إما في شكل "أعسر" أو "أعسر" (ما يسمى " المتصاوغات الضوئية").
قد يتفاعل الكائن الحي بشكل مختلف مع كل من اثنين من المتصاوغات الضوئية للمادة الكيرالية. هذه الحقيقة مهمة للغاية في حالة الأدوية، والتي غالبًا ما يرتبط تأثيرها الطبي ارتباطًا وثيقًا بواحد فقط من المتصاوغات الضوئية لجزيء الدواء. ولذلك، فإن السيطرة على عدم التناظرية هو عامل حاسم في تخليق الدواء.
تركز الأبحاث المتعلقة بالتحكم في التوليف اللولبي بشكل أساسي على استخدام المحفزات المتجانسة، حيث يكون المحفز في نفس وسط المواد المتفاعلة ومنتجات التفاعل، مثل محلول سائل مضاف إلى تفاعل يحدث في محلول سائل آخر. ومع ذلك، فإن هذه العملية تنطوي على تحديات عملية خطيرة لاستعادة المحفز القيم من الخليط. ومن أجل تجنب هذه المشكلة، فإن البديل الفعال هو استخدام محفز غير متجانس ذو سطح صلب - وهو نوع المحفزات المستخدمة في المحولات الحفازة الموجودة في نظام عادم المركبات، وكذلك في العمليات الصناعية مثل تحضير الأمونيا و الوقود الاصطناعي. في هذه الحالة، يكون السؤال هو كيفية تحقيق الانتقائية المقابلية على السطح - أي قبول أحد المصاوغات على وجه الحصر أو بكميات زائدة كبيرة، مقارنة بالمتصاوغ الآخر.
من أجل المساعدة والإجابة على هذا السؤال، يقوم علماء من جامعة كامبريدج بالتحقيق في التنظيم الذاتي التلقائي لحمض أميني بسيط غير مراوان، ألانين، في صفائف جزيئية مرتبة على أسطح بلورات النحاس المفردة. بفضل المجهر النفقي الماسح القوي، القادر على التمييز بين الذرات والجزيئات الفردية، تكشف أبحاثهم عن الآليات المختلفة للحصول على اللامركزية مع الحصول على رؤى مهمة فيما يتعلق باستلام اللامركزية والتحكم فيها واستخدامها للأغراض العلمية.
يقول الدكتور ستيفن درايفر، من قسم الكيمياء بجامعة كامبريدج، والذي قاد الجزء التجريبي من البحث: "لقد بدأنا في دراسة سيناريوهين مختلفين - في أحد السيناريوهين، يكون السطح غير مراوان، لذا أي عدم انطباقية تظهر يجب أن تكون بسبب عدم انطباقية جزيء الألانين نفسه فقط. في السيناريو الثاني، استخدمنا سطحًا هو في حد ذاته حلزوني. الآن تم اختزال السؤال إلى: هل سيتصرف اثنان من مصاوغات الألانين بشكل مختلف في التفاعل مع السطح اللولبي؟"
ووجد الباحثون أنه عند استخدام سطح غير مراوان، يمكن للألانين أن ينتظم بشكل مستقل في نمطين منفصلين. بالنسبة لأحدها، يكون التنظيم المستقل مدفوعًا بروابط هيدروجينية بين الجزيئات، حيث لا يكون للمركز اللولبي أي تأثير تفاضلي على المصفوفة المرتبة الناتجة. بالنسبة للهيكل الثاني، يتم الحصول على شبكة من الحدود اللولبية طويلة المدى المضمنة داخل المصفوفة، وهي لالاطباقية الحدود نفسها التي تؤثر على لالامركزية الجزيئية.
ويوضح الباحث: "المعنى هو أن المركز اللامركزي له تأثير مباشر على ترتيب التعبئة لجزيئين ألانين متجاورين عند الحدود، وأن عدم تناظر هذا الزوج يتقدم إلى الزوج المجاور، وهكذا دواليك، لذا أن الحدود اللولبية مبنية وتستمر لفترة طويلة."
يتم إنشاء السطح اللولبي ببساطة عن طريق اختيار اتجاه السطح بعيدًا عن جميع مستويات التماثل للبلورة المعدنية. وعندما أضاف الباحثون الألانين، وجدوا أن السطح غير اتجاهه المحلي ليشكل شعيرات نانوية الحجم. يتم تنظيم اثنين من المتصاوغات الضوئية المنفصلة للألانين بشكل مستقل في أنماط مراوانية مختلفة، مما يشير إلى تأثير هيكلي قوي مع انتقائية متناظرة متناظرة. يمكن استخدام "إثبات المبدأ" هذا في مجالات التعرف على اللاكيرال، والتوليف اللاكيرالي (إنشاء منتج كيرالي من متفاعلات غير كيرالية)، والفصل اللولبي.
ويضيف الباحث: "يبدو كما لو أن الألانين قادر على إنشاء موقع ربط مراوان مناسب لنفسه. يتمتع سطح النحاس بالمرونة اللازمة لضبط شكل جزيء الألانين، وهذا الشكل يختلف بالنسبة لكل من المتصاوغات الضوئية المنفصلة." تشير النتائج إلى أن اتجاه سطحي معين يمكن أن يؤدي إلى الحصول على هياكل منظمة ومستقرة من أحد المتصاوغات الضوئية، ولكن ليس من الآخر: الشروط الدقيقة للحصول على التأثيرات الكيميائية اللولبية.
ويضيف أحد الباحثين: "إن مطابقة السطح الدقيق للجزيء المناسب يمكن أن يؤدي إلى تأثيرات قوية للانتقائية التماثلية. هناك أساس حقيقي هنا لإحداث تقدم تكنولوجي في قطاع الأدوية. قد تكون أبحاثنا ذات أهمية كبيرة لجميع شركات الأدوية."
أخبار الدراسة
