Ułatwienia dostępu

2018-06-21
Osiągnięcia

Nowa metoda separacji molekuł chiralnych w zależności od kierunku ich skręcenia przy użyciu nanostruktur magnetycznych

Adv. Mater. 1904206 (2019)

Nowa metoda separacji molekuł chiralnych w zależności od kierunku ich skręcenia przy użyciu nanostruktur magnetycznych

Międzynarodowy zespół naukowców, którego członkiem jest Profesor Lech Tomasz Baczewski z Instytutu Fizyki PAN w Warszawie uzyskał przełomowe wyniki w dziedzinie z pogranicza chemii fizycznej i fizyki magnetyzmu, które zostały właśnie opublikowane w prestiżowym czasopiśmie SCIENCE.

Badania dotyczyły nowej metody separacji enancjomerów poprzez oddziaływania pomiędzy molekułami chiralnymi i cienką warstwą magnetyczną z anizotropią prostopadłą. Separowanie enancjomerów (mieszaniny prawoskrętnych i lewoskrętnych molekuł chiralnych) jest bardzo istotnym zagadnieniem dla chemików, biologów, a także dla przemysłu farmaceutycznego.

W poprzednich pracach członków tego zespołu naukowców [1,2] opisano mechanizm CISS (chiral-induced spin selectivity), który pozwala na reorientacja kierunku namagnesowania w ferromagnetykach realizowaną tylko przez adsorpcję molekuł chiralnych bez przyłożenia prądu elektrycznego ani pola magnetycznego. Dzięki spinowo selektywnemu transferowi elektronów poprzez warstwę zaadsorbowanych molekuł do znajdującego się poniżej ferromagnetyka, staje się on także spolaryzowany spinowo, co wyznacza kierunek namagnesowania.

Kolejnym etapem badan było odkrycie nowego, bardzo ważnego zjawiska tzn. możliwości separowania enancjomerów przez cienka warstwę ferromagnetyka z namagnesowaniem prostopadłym do powierzchni. Okazało się, że redystrybucja ładunku w molekule chiralnej powoduje zależność orientacji spinowej od kierunku skręcenia molekuły czyli tzw. enenatiospecific spin orientation preference. Wykorzystano tu zjawisko odwrotne do pokazanego w poprzednich pracach czyli indukowano konkretną polaryzację spinową w nanostrukturze ferromagnetycznej z anizotropią prostopadłą i adsorbowano na niej molekuły chiralne.

Zaobserwowano, że molekuły o jednym kierunku skręcenia są adsorbowane znacznie szybciej, gdy kierunek magnetyzacji warstwy ferromagnetycznego kobaltu jest skierowany w górę, a molekuły o odwrotnym kierunku skręcenia adsorbują szybciej dla kierunku magnetyzacji skierowanego do dołu. W prezentowanej metodzie ta separacja nie następuje wskutek działania pola magnetycznego, tylko poprzez kwantowe oddziaływania spinowo-wymienne (spin-exchange interaction) molekuł chiralnych z nanostruktura ferromagnetyczną, na której zostały one zaadsorbowane.

Jak ważne jest zagadnienie separacji enacjomerów dla przemysłu farmaceutycznego pokazuje tragiczna historia leku na ból głowy i nudności o nazwie Thalidomid w połowie XX wieku. Dopiero po całej serii krytycznych, negatywnych skutków ubocznych tego leku stwierdzonych u pacjentek w ciąży i urodzonych przez nie dzieci z poważnymi wadami rozwojowymi, podjęte intensywne badania pokazały, że prawoskrętne molekuły chiralne są bardzo niebezpieczne dla zdrowia ludzkiego, podczas gdy te same molekuły ale lewoskrętne stanowią efektywny lek. Od tego czasu przeznaczono ogromne środki finansowe na opracowanie skutecznej metody separacji enacjomerów czyli oddzielenie molekuł lewoskrętnych od prawoskrętnych. W pracy opublikowanej w Science autorzy po raz pierwszy pokazali, że takiej skutecznej separacji enacjomerów można dokonać przy zastosowaniu specjalnie przygotowanej nanostruktury magnetycznej. Pokazano, że obserwowany efekt separacji nie zależy od typu molekuł stwierdzono taką samą efektywność separacji zarówno dla aminokwasów, oligopeptydów, a także dla struktur DNA. Ta uniwersalność stanowi niezmiernie ważną zaletę tej metody dla przemysłu farmaceutycznego, gdyż pozwala na zastąpienie obecnie stosowanych, bardzo kosztownych kolumn separacyjnych, które w dodatku muszą być konstruowane oddzielnie dla każdego typu molekuł.

Członkami międzynarodowego zespołu autorów pracy w Science są obok profesora dr hab. Lecha Tomasza Baczewskiego z IF PAN są także badacze z renomowanych ośrodków naukowych w Izraelu: (prof. Ron Naaman, Instytut Weizmann'a i prof. Yossi Paltiel Uniwersytet Hebrajski w Jerozolimie), oraz z RFN i USA (prof. Stuart Parkin, Instytut Max'a Plancka w Halle oraz Laboratorium IBM w Almaden, CA, USA).

Praca została dodatkowo wyróżniona przez wcześniejsze opublikowanie jej on-line w Science First Release (DOI: 10.1126/science.aar4265) w dniu 10 maja 2018. Do tego wydania redakcja wybiera kilka najważniejszych jej zdaniem artykułów i publikuje je on-line przed ukazaniem się danego numeru czasopisma Science, w którym będzie regularna publikacja pracy.

Druk artykułu nastąpił w dniu 22 czerwca 2018:
Separation of enantiomers by their enantiospecific interaction with achiral magnetic substrates
Science, Vol. 360, Issue 6395, pp. 1331-1334, 22 June 2018, DOI: 10.1126/science.aar4265
http://science.sciencemag.org/content/360/6395/1331

Wywiad radiowy z prof. Baczewskim Warszawskiej Regionalnej Rozglosni Polskiego Radia
"Z innej planety: o prawoskretnych i lewoskretnych molekulach chiralnych"


Prace naukowe

Amir Ziv, Abhijit Saha, Hen Alpern, Nir Sukenik, Lech Tomasz Baczewski, Shira Yochelis, Meital Reches, and Yossi Paltiel

Kontakt do naukowców w IF PAN


Materiały graficzne



Zobacz więcej

Charge dopants control quantum spin Hall materials

Physical Review Letters 130, 086202 (2023)

Unlike in the quantum Hall effect and quantum anomalous Hall effect, the quantization precision in the quantum spin Hall effect depends on unavoidable background impurities and defects. However, doping with magnetic ions restores the quantization accuracy.

Osadzanie magnetycznych powłok o unikalnej strukturze na nanodrutach InAs i InAs1−xSbx

Nano Letters 22, 8925 (2022)

Otrzymane struktury mogą służyć jako platforma dla otrzymania stanów jednowymiarowych ze złamaną symetrią odwrócenia w czasie, w tym także stanów nadprzewodnictwa topologicznego.

An artificial polariton neuron as a step towards photonic systems that mimic the operation of the human brain

 Laser & Photonics Reviews 2100660 (2022)

Scientists from the Institute of Physics, Polish Academy of Sciences, and the Faculty of Physics at the University of Warsaw used photons to create a spiking neuron, i.e. the basic element of the future photonic neural network processor.
Zapamiętaj ustawienia
Ustawienia plików cookies
Do działania oraz analizy naszej strony używamy plików cookies i podobnych technologii. Pomagają nam także zrozumieć w jaki sposób korzystasz z treści i funkcji witryny. Dzięki temu możemy nadal ulepszać i personalizować korzystanie z naszego serwisu. Zapewniamy, że Twoje dane są u nas bezpieczne. Nie przekazujemy ich firmom trzecim. Potwierdzając tę wiadomość akceptujesz naszą Politykę plików cookies.
Zaznacz wszystkie zgody
Odrzuć wszystko
Przeczytaj więcej
Essential
Te pliki cookie są potrzebne do prawidłowego działania witryny. Nie możesz ich wyłączyć.
Niezbędne pliki cookies
Te pliki cookie są konieczne do prawidłowego działania serwisu dlatego też nie można ich wyłączyć z tego poziomu, korzystanie z tych plików nie wiąże się z przetwarzaniem danych osobowych. W ustawieniach przeglądarki możliwe jest ich wyłączenie co może jednak zakłócić prawidłowe działanie serwisu.
Akceptuję
Analityczne pliki cookies
Te pliki cookie mają na celu w szczególności uzyskanie przez administratora serwisu wiedzy na temat statystyk dotyczących ruchu na stronie i źródła odwiedzin. Zazwyczaj zbieranie tych danych odbywa się anonimowo.
Google Analytics
Akceptuję
Odrzucam