София, 14 января (bbabo.net)
Согласно публикации в журнале Nature Photonics, новый фотонный эффект в полупроводниковых спиральных частицах наноразмерного размера был обнаружен международной группой ученых во главе с исследователями из Университета Бата, Великобритания. Руководителем исследования является болгарин Венцислав Валев, профессор физики Университета Бат.
Университет Бата (https://www.bath.ac./) является одним из ведущих университетов в Соединенном Королевстве как с точки зрения исследований, так и с точки зрения нашей репутации за превосходное качество преподавания, обучения и выпускников. Университет имеет золотой рейтинг в Teaching Framework (TEF), правительственной оценке качества преподавания, а это означает, что преподавание здесь самого высокого качества в Великобритании.
Международная команда, участвующая в исследовательском проекте, впервые исследует нелинейные оптические свойства полупроводниковых наноспиралей CdTe и обнаруживает новый фотонный эффект, который может ускорить открытие и разработку жизненно важных лекарств. Затем команда будет искать финансирование, чтобы продемонстрировать прямую связь между технологией и разработкой новых фармацевтических продуктов.
Исследовательский проект финансируется Королевским обществом Великобритании, Советом по научным и технологическим средствам (STFC) и Советом по инженерным и физическим исследованиям (EPSRC).
В соответствии с первым законом робототехники
В своей серии о роботах писатель-фантаст Исаак Азимов представляет будущее, в котором роботы становятся надежными спутниками человека. Эти роботы подчиняются законам робототехники, первый из которых гласит, что «робот не может причинить вред человеку или своим бездействием допустить, чтобы человек был ранен». Благодаря новому открытию фотонов роботы могут получить шанс предотвращать травмы очень важным способом — значительно ускоряя разработку важных лекарств, таких как новые антибиотики.
В настоящее время Всемирная организация здравоохранения определяет устойчивость к антибиотикам (растущая неэффективность лекарств, имеющихся в настоящее время на рынке) как одну из 10 самых серьезных угроз человечеству. Кроме того, глобализация в сочетании с вторжением человека в места обитания диких животных увеличивает риск возникновения новых инфекционных заболеваний (таких как Covid-19).
Широко признано, что затраты на открытие и разработку новых лекарств от этих и других состояний с использованием современных технологий являются непосильными. Необходимость ускорить фармацевтические исследования никогда не была столь актуальной, и искусственный интеллект (ИИ) значительно выиграет от нее.
«Хотя мы все еще далеки от позитронного мозга роботов, изобретенного Азимовым, наше последнее открытие потенциально может связать алгоритмы ИИ, анализирующие химические реакции, и роботизированные руки, готовящие химические смеси — процесс, известный как высокопроизводительный скрининг, HTS) ", - говорит профессор Венцислав Валев журналу Nature Photonics.
Удовлетворение потребностей робототехнической химии
Высокопроизводительный скрининг — это экспериментальный метод, в котором используются роботы для обнаружения новых наркотиков. Некоторые лаборатории уже приняли его для анализа огромных библиотек молекул. Однако в будущем открытие новых лекарств может происходить исключительно с помощью HTS. Используя этот метод, роботы одновременно работают с большим количеством шприцев, готовя тысячи химических смесей, которые затем анализируются роботами. Результаты возвращаются в алгоритмы ИИ, которые затем определяют, какие смеси готовить дальше, и процесс повторяется до тех пор, пока не будет найдено полезное лекарство.
Аналитический шаг имеет решающее значение, потому что без него роботы не могут знать, что они приготовили.
HTS практикуется на микропланшетах размером с шоколадную таблетку. Каждый микропланшет содержит лунки, в которые наливают химические смеси. Чем больше лунок на микропланшете, тем больше химических веществ можно анализировать одновременно. Но хотя современный микропланшет может вместить тысячи лунок, его размер не меняется.
«Чтобы соответствовать требованиям зарождающейся роботизированной химии, скважины становятся очень маленькими — слишком маленькими для современных аналитических методов», — сказал профессор Валев. «Поэтому нужны принципиально новые методы анализа лекарств будущего.
«Мы использовали очень интересный новый материал, разработанный нашими коллегами из Мичиганского университета в США под руководством профессора Николая Котова», — объясняет профессор Валев. «Это биомиметическая структура (то есть та, которая имитирует биологические явления), которая химически собрана в полупроводниковые наноспирали, подобно тому, как собираются белки.
Исследователи заметили, что при освещении биомиметических структур инфракрасными лазерными импульсами с одной стороны УФ-свет исходит от спиралей с противоположной стороны. И в зависимости от того, как закручиваются спирали, наблюдается большее или меньшее количество УФ-излучения.
«Это означает, что путем тщательного измерения ультрафиолетового излучения мы можем определить направление кручения (или хиральности) изучаемых нами структур», — говорит профессор Валев. «Наши результаты прокладывают путь к измерению хиральности в объемах, потенциально в 10 миллионов раз меньших, чем 1 мм3. Хотя структуры, которые мы измеряли до сих пор, намного больше, чем типичные фармацевтические препараты, мы доказали, что физический эффект реален. Так что, в принципе, приложения к молекулам и особенно к лекарствам теперь являются лишь вопросом технологического развития. Наш следующий шаг — поиск финансирования для этой разработки».
Ценность маленьких вещей
Аспирант Лукас Онотех, который также участвует в исследовании, сказал: «В нанотехнологиях одной из больших проблем является способность видеть свойства небольших предметов, жидкостей.
"Это был большой опыт, так успешно уменьшить объем исследований - теперь мы фокусируем свет в пространстве, которое было бы невидимым для большинства людей. И внутри этого мини-объема мы можем определить направление кручения спиралей, которые гораздо больше — мало», — объясняет докторант журналу Nature Photonics.
Фото: (Источник: Венцислав Валев, Килиан Валев и Лукаш Охнутек)
При освещении хиральных полупроводниковых наночастиц светом с круговой поляризацией (красный) излучается третья гармоника рассеяния света Густава Ми (синий).
bbabo.Net