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突破性技术准确地检测分子的“交叉性”

发布时间:2018-05-15

能够确定分子是否以左手或右手形式存在的新技术可能具有多种实际应用,潜在地导致新的和改进的药物,诊断方法和杀虫剂。 / em ;

科学家首次证明了能够快速,可靠和同时识别混合物中不同分子的“手性”。

这项由诺丁汉大学和阿姆斯特丹VU大学化学家领导并发表在“自然通讯”学术期刊上的研究可以提供一种新的技术,可以轻松地区分分子是以左手型还是右手型存在。

这一突破对于开发适用于各种行业的有效分子非常重要 - 从开发更安全的新药物和疾病诊断到毒性更低的农药。许多分子以基本相同的形式存在,除了精确的镜像彼此之间。这些所谓的手性分子在生物体系中仅以一种形式存在是很常见的,尽管科学家们仍然不完全明白其中的原因。例如,尽管两种形式的氨基酸分子 - 生命本身的构建块 - 都可以在实验室中制造,但在本质上它们只能以左手形式出现。

这些生物分子的手性也强烈影响它们与其他分子相互作用的方式,例如手性药物。目前,所有生产的药物中有50%以上只有一种是双手活性药物。

生命的化学

负责该研究的大学化学学院化学物理学教授Ivan Powis博士说:“它与糖类和DNA等大分子物质相似。人们会熟悉双螺旋线,但可能没有意识到,除了一些非常罕见的情况,它总是以相同的方向旋转。

“生命的化学对手性有选择性。这就像一双手套只能放在相应的手上。同样,用别人左手的右手很难摇动 - 这与分子间的相互作用是一样的。如果你有左手分子,它会优先考虑它是否与左手或右手分子相互作用。“

手掌是重要的,因为它可以影响其他方面相同分子的性质和功能,其影响可以足够大以便被人体检测到。

一个典型的例子是数百个分子对,其中左手和右手形式的味道完全不同。分子柠檬烯 - 在各种家用清洁产品中用作柑橘香料和去油剂 - 以其具有橙味或柠檬气味的能力而闻名,取决于分子特定形式的手性。

在药物中,手持性可能是至关重要的,因为一种分子形式可以与有效结果相关,而另一种形式可能导致相关(严重)副作用,例如众所周知的怀孕妇女的婴儿四肢畸形沙利度胺药物可缓解1960年左右发生的孕吐。

区分左和右两种形式的现有方法称为圆二色性,其涉及将分子暴露于圆偏振光并检测分子如何吸收光之间的差异。但是区别效应很弱 - 百分之零点几 - 所以这项技术正在努力接近人类鼻子的敏感度。

最新的研究表明了一种快速新技术,可用于识别手性分子的手性,从而获得更切实的效果和更高的准确度。

质量选择的光电子圆二色光谱(MS-PECD)使用由激光产生的圆偏振光来离子化分子 - 使用一对光子将电子从手性分子中敲出,留下带正电的离子。

通过跟踪电子在离开分子时所采取的方向 - 沿着激光束向前或向后 - 可以区分左手和右手分子,精度高达几十个百分点,而不是百分之零点几。

广泛的应用

这与质谱实验相结合,其中一个小电势被施加到带负电荷的电子和带正电荷的离子,将它们向相反的方向拉出。科学家们期待同时检测离子和电子 - 同时到达检测器的那些很可能来自同一分子。可以测量离子的质量并与其配对的电子匹配。通过组合这些方法,可以识别单个分子的手性和混合物中左手和右手分子的比例。

科学家可以使用气体样品而不是高浓度溶液,技术更加详细 - 通过查看能量,科学家可以看到关于分子的许多其他事情,不仅是左手还是右手,但形状分子所采取的以及它是否与其他分子相互作用。

该技术可以有广泛的应用。除了为包括癌症在内的疾病开发有效的新药物和诊断方法之外,它还可能导致使用特别定制的信息素来吸引传粉媒介或击退破坏性昆虫的新“绿色”农药。

一些植物和树木在受到压力时也会释放出手性分子,并通过检测器来确定空气样品中的浓度可以用来监测我们不断变化的生态。

在食品工业中,这项技术可以让公司改进我们消费的食物和饮料的口味。

该研究通过相关电子成像 - 离子质谱法研究多组分混合物的对映体特异性分析,由荷兰科学研究组织化学科学处提供资助,并得到欧洲LASERLAB-EUROPE和玛丽居里初始培训的进一步支持网络ICONIC。

来源:诺丁汉大学

图片:Shutterstock的分子结构