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ねじれナノ半導体の新光学効果で創薬を加速─ ロボット化学者による高スループットスクリーニングへ

キラリティ検出をナノスケールで実現する画期的フォトニック効果

ねじれたナノスケール半導体が光を新たな方法で操作する効果が発見され、命を救う医薬品の発見・開発やフォトニック技術の加速が期待されています。

創薬プロセスへの応用

このフォトニック効果は、膨大な化合物ライブラリを解析するハイスループット・スクリーニング(HTS)の新たな分析ツールとなり、ロボット化学者による自動化を可能にします。各化合物の微量サンプルがマイクロプレートのウェル(立方ミリメートル以下、チョコレートバー大のプレートに1000ウェル)に充填されます。

創薬の重要指標はキラリティ(分子のねじれ方向)。生体システムは右巻きか左巻きのどちらかを好み、間違ったねじれの薬物は無効か有害になります。本効果では、立方ミリメートルの1万分の1という微小体積でキラリティ測定が可能です。

「この微小体積で効果を検出できる特性こそがゲームチェンジャーだ。高価な薬物を極微量で使い、データ取得量を数千倍にできる」と、ミシガン大学化学科学・工学教授 Nicholas Kotov 氏は述べています。

生物模倣ナノ構造の仕組み

Kotov 研究室で開発された構造は、太陽電池用半導体のテルル化カドミウムを、ねじれたリボン状のナノ粒子に成形し、タンパク質のようにらせん構造へ自己組織化させたものです。

赤色光を照射すると、ナノらせんが青色のねじれた光を生成し、特定方向に放出されるため収集・解析が容易。この3つの異常な光学効果により、生体液中の他のナノ分子・粒子によるノイズを大幅に低減します。

創薬スクリーニングへの応用イメージ

ナノらせんと薬物候補を混合し、ナノらせんが薬物と「鍵と鍵」構造を形成(標的タンパク質との結合を模擬)すると、ナノらせんのねじれが劇的に変化。この変化を青色光で検出します。

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