Công nghệ sử dụng ánh sáng để dự báo
cấu trúc phân tử của tinh thể
Giáo sư hóa học Timothy Korte, thuộc Đại học Syracuse
đã sử dụng các sóng ánh sáng cực ngắn để nghiên cứu
một loại lực liên kết yếu (Lực phân tán london – một dạng
của lực Van der Waals) của các phân tử trong một tinh
thể. Nghiên cứu cơ bản này sẽ có thể áp dụng giải quyết
các vấn đề về nghiên cứu, chế tạo và quản lý chất lượng
thuốc.
Khi nghiên cứu một loại thuốc, việc tìm ra các cách thức
có thể để phân tử thuốc tập hợp lại tạo thành dạng tinh thể
là rất quan trọng. Những thay đổi về thể cấu trúc có thể
làm thay đổi cách hấp thu và phát huy tác dụng của thuốc
đối với cơ thể.
Ví dụ một loại thuốc được bao bọc bởi một lớp gel, được
tinh thể hóa thành dạng rắn để tăng thời gian lưu giữ khi
bày bán. Thuốc bên trong vỏ bọc này đã biến đổi thành
dạng không thể hòa tan trong cơ thể con người, làm thuốc
bất hoạt. Loại thuốc này đã không được bán tiếp. Ví dụ
này cho thấy, các công ty thuốc không phải lúc nào cũng
xác định được các dạng cấu trúc tinh thể của thuốc thông
qua các thí nghiệm truyền thống tốn thời gian và chi phí.
Phòng thí nghiệm của Korter là một trong số ít các phòng
thí nghiệm của các trường đại học trên thế giới nghiên
cứu tiềm năng ứng dụng của bức xạ terahezt (THz) trong
ngành hóa chất và dược phẩm. Sóng ánh sáng THz tồn tại
giữa vùng sóng hồng ngoại và các vi sóng, có ưu điểm là
không gây hại cho con người và có thể xuyên qua nhiều
loại vật liệu một cách an toàn bức xạ. THz cũng có thể
được sử dụng để xác định cấu trúc hóa học của nhiều loại
hợp chất. Korter đã sử dụng ánh sáng bước sóng Hz để
xác định tín hiệu của các phân tử khác nhau từ các vật liệu
nổ và hợp chất thuốc tới cấu trúc đóng của ADN.
Nghiên cứu mới của Korter kết hợp các thí nghiệm về bức
xạ THz với các mô hình máy tính mới. Mô hình này cho
phép tính toán chính xác tác động của lực phân tán
London nhằm dự đoán cấu trúc tinh thể của các loại hợp
chất. Lực phân tán London là một trong các loại lực liên
kết trong phân tử, khiến các phân tử xích lại với nhau và
hình thành nên thể rắn. Những thay đổi của môi trường
(như nhiệt độ, độ ẩm, ánh sáng) sẽ ảnh hướng tới lực này
bằng cách làm thay đổi cấu trúc tinh thể. Nhóm nghiên
cứu của Korter đã so sánh các mô hình máy tính với các
thí nghiệm bức xạ THz và sử dụng các kết quả này để xác
định và cải thiện các mô hình lý thuyết.
Nhóm nghiên cứu đã chứng minh được làm thế nào để sử
dụng bức xạ THz để trực tiếp nhìn được các tương tác hóa
học. Mục tiêu cuối cùng lá sử dụng các tín hiệu bức xạ
THz này để nghiên cứu các mô hình lý thuyết, xem xét
vai trò của bức xạ THz đối với các lực yếu nhằm dự báo
các cấu trúc tinh thể của dược phẩm trước khi xác định
thông qua thử nghiệm