الدوران الجزيئي في المختبر

طور علماء معهد وايزمان للعلوم طريقة جديدة وبسيطة للتمييز بين الجزيئات اليمنى واليسرى. التطبيق المحتمل: تقليل الآثار الجانبية للأدوية والمبيدات والأسمدة

منذ أكثر من 150 عامًا، وبعد اكتشافه أن الأنظمة البيولوجية تفضل الجزيئات ذات اتجاه معين - يسارًا أو يمينًا - اقترح لويس باستور تغيير اتجاه الجزيئات من خلال تعريضها لمجال مغناطيسي. لكن عالمًا عظيمًا آخر في ذلك الوقت، وهو اللورد كلفن، اعتقد أنه لا توجد علاقة بين المغناطيسية واتجاهية الجزيئات، ولأول مرة صاغ المصطلح العلمي لظاهرة الاتجاهية: "اللامركزية". في الدراسة أننشرت مؤخرا في المجلة العلمية علوم علماء من معهد وايزمان للعلوم والجامعة العبرية في القدس حسموا الجدل الطويل الأمد بين عملاقي العلوم - وفي النهاية، كان باستير على حق. أدت هذه النتائج إلى ظهور طريقة جديدة لفصل الجزيئات وفقًا لطبيعتها اللامركزية، وهي مهمة ذات أهمية كبيرة في الصناعة الدوائية والكيميائية.

الجزيئات اللولبية عبارة عن زوج من الجزيئات ذات البنية نفسها، لكن ترتيب الذرات في فضاءها مختلف. بمعنى آخر، الجزيئات هي صورة مرآة لبعضها البعض، على غرار الفرق بين اليد اليمنى واليد اليسرى (أصل كلمة "كيرال" هو من الكلمة اليونانية التي تعني "اليد"). على الرغم من أنها تبدو متشابهة، إلا أن الجزيئات ذات اللامركزية المعاكسة قد تلعب أدوارًا مختلفة تمامًا. على سبيل المثال، يمكن للجزيء الذي يحتوي على عدم انطباق معين أن يعمل كدواء، ولكن العكس يمكن أن يسبب آثارًا جانبية غير مرغوب فيها. نظرًا لأنه أثناء التفاعل الكيميائي، تتشكل كل من الجزيئات اليمنى واليسرى تلقائيًا، فعندما يتم إنتاج الأدوية، يجب فرز الجزيئات وفقًا لطبيعتها اللامركزية.

الطرق الحالية لفرز الجزيئات وفقًا لعدم التناظرية معقدة ومكلفة. إنهم يعتمدون على المعدات التكنولوجية التي يتم تكييفها في كل مرة لتناسب كل مادة. البروفيسور رون نعمان من قسم الفيزياء الكيميائية والبيولوجية بالمعهد، وأ.د. يوسي بالاتيال من الجامعة العبرية، ابتكروا مع زملائهم طريقة عامة وبسيطة ورخيصة لفرز الجزيئات اللولبية من أي مادة شائعة.

استفاد العلماء من حقيقة أن اللامركزية تؤثر على خاصية الإلكترون التي تسمى "الدوران"، والتي تتميز بحالتين - "الدوران لأعلى" و"الدوران للأسفل" - على غرار دوران الجزء العلوي في اتجاه عقارب الساعة أو عكس اتجاه عقارب الساعة. عندما تتلامس الجزيئات اللولبية مع سطح ما، فإنها تصبح مستقطبة، وذلك بعد حركة الإلكترونات من أحد جانبي الجزيء إلى الجانب الآخر. أثناء الحركة، تتصرف الإلكترونات كما لو أنها تتأثر بمجال مغناطيسي: الإلكترونات التي لها "دوران لأعلى" تكون مزدحمة على جانب واحد من الجزيء، وتلك التي لها "دوران لأسفل" تكون مزدحمة على الجانب الآخر. تعتمد الحركة إلى جانب أو آخر على عدم تناظر الجزيء، أي ما إذا كان يستخدم اليد اليمنى أو اليسرى. هذه الظاهرة، التي تم اكتشاف وجودها سابقًا من قبل أعضاء مجموعة البروفيسور نعمان، تسمى تأثير CISS - وهو اختصار لانتقائية الدوران الناتجة عن عدم التناظر. وهذا يعني أنه يمكن استخدام الجزيئات اللولبية كـ "مرشحات" للدوران.

في الدراسة الحالية، اقترح العلماء تسخير تأثير كيبك مستمر (CISS) من أجل فرز المواد وفقا لعدم التناظر. لقد أدخلوا سطحًا مغناطيسيًا - حيث تشير دورانات جميع الإلكترونات في نفس الاتجاه - إلى محلول يحتوي على جزيئات أعسر ويمينية. عندما تقترب الجزيئات من السطح المغناطيسي، تصبح مستقطبة، ويتم ترتيب دوران الإلكترونات في كل قطب وفقًا لعدم تناظر الجزيء. كان بعضها مماثلًا لدوران الإلكترونات على السطح المغناطيسي، وكان بعضها الآخر معاكسًا، ولكن فقط الجزيئات ذات الإلكترونات ذات الدوران المعاكس هي التي التصقت بالسطح المغناطيسي؛ وعلى العكس من ذلك، تم رفض تلك التي لها دورات متطابقة. وهكذا، مكّن السطح المغناطيسي من فرز الجزيئات حسب عدم انطباقيتها، وبالتالي أصبح من الواضح أن باستير كان على حق عندما اعتقد أن هناك علاقة بين عدم التناظرية والقوى الفيزيائية المؤثرة على الجزيئات، مثل تلك التي تعمل كقوى. نتيجة التعرض لمادة مغناطيسية.

تتيح هذه الطريقة تنقية الأدوية وفقًا للتلاطون، وبالتالي ترك الجزيئات التي تعزز الشفاء فقط - والتخلص من الجزيئات الضارة. وبالإضافة إلى ذلك، يمكن استخدام هذه الطريقة لإنتاج مواد كيميائية أكثر فعالية، مثل الأسمدة والمبيدات الحشرية. في هذه المواد الكيميائية، فقط الجزيئات التي لها عدم انطباقية معينة هي التي تؤدي النشاط المطلوب، في حين أن تلك التي لها عدم انطباقية معاكسة تكون عديمة الفائدة ولا تسبب سوى التلوث البيئي. سيساعد الفرز حسب عدم التناظر على إنتاج مواد كيميائية أكثر فعالية، وخفض تكلفتها، وفي الوقت نفسه أيضًا تقليل التلوث البيئي.

لإضافة ترجمة باللغة العبرية، انقر على زر CC الموجود أسفل المشغل

ضمت مجموعة البروفيسور نعمان الدكتور كويل بانيرجي غوش، والدكتور فرانشيسكو تيسيناري، والدكتور إيال كابوا من قسم الفيزياء الكيميائية والبيولوجية. ضمت مجموعة البروفيسور بلتيل الدكتور أورين بن دور، والدكتورة شيرا يوكيليس، والدكتور أمير كابوا. كما شارك في الدراسة الدكتور سي هون يونغ والبروفيسور ستيوارت باركين من قسم أبحاث شركة آي بي إم في سان خوسيه، كاليفورنيا. د. سومياجيت ساركار والبروفيسور ليئور كرونيك من قسم المواد والأسطح في معهد وايزمان للعلوم؛ والبروفيسور ليخ توماس باكزيوسكي من معهد الفيزياء التابع لأكاديمية العلوم البولندية.