Nyligen föreslog Prof. Tianrui Zhais grupp vid Beijing Institute of Technology (BIT) en teknik för att bestämma enantiomert överskott (ee) baserat på optofluidisk mikrolasersingularitet (EP). Tekniken mäter kiraliteten hos enantiomerer genom att använda polariseringen av EP-inducerad unidirectional echo wall mode (WGM) laser och detekterar den enantiomera koncentrationen med laservåglängden, vilket möjliggör direkt bestämning av ee under okända koncentrationsförhållanden, vilket inte är möjligt med konventionella metoder.
Fig. 1. a) Schematiskt diagram av en optofluidisk mikrolaser nära singularitetspunkten (EP) för bestämning av enantiomert överskott. b) WGM-förstärkt spinneffekt. c) Intensitetsvariationer av transversella magnetiska (TM) och transversella elektriska (TE) moder inducerade av rotation av laserpolarisation. d) Intensitetsvariationer av transversella magnetiska (TM) och transversella elektriska (TE) moder inducerade av rotation av laserpolarisation.
I modern medicinsk kemi är rening och analys av kirala läkemedel avgörande. Enantiomererna i kirala molekyler (dvs. de vänster- och högerhänta formerna av molekylen) kan ha mycket olika farmakologiska aktiviteter. Därför är noggrann bestämning av ee, dvs bestämning av enantiomerisk renhet, väsentlig för läkemedelssäkerhet och effektivitet. Konventionella metoder kräver vanligtvis två olika tekniker för att mäta kiralitet respektive koncentration, en besvärlig och ineffektiv process. Den föreliggande studien är innovativ genom att den tillhandahåller en enda teknik för att utföra båda uppgifterna samtidigt. Dessutom kräver traditionella analyser ofta dyr utrustning och stora mängder kemiska reagenser med begränsad känslighet.
Nyligen föreslog Prof. Tianrui Zhais grupp vid Beijing Institute of Technology (BIT) en teknik baserad på fotofluidisk mikrolaser-EP-bestämning av ee. Kärnan i denna teknologi är en WGM-baserad optofluidisk mikrolaser, som inducerar enkelriktad laserning av EP, vilket gör det möjligt för lasern att känna av både chiralitet och koncentrationsförändringar av enantiomerer. Denna analys med två parametrar förenklar inte bara de experimentella stegen, utan förbättrar också avsevärt analysens känslighet och noggrannhet.
Resultaten visar att denna nya metod fungerar bra vid detektion av kirala föreningar vid olika okända koncentrationer. Speciellt vid bestämning av viktiga bioaktiva molekyler - såsom aminosyror och sockerarter. Dessutom har denna teknologi nått anmärkningsvärd framgång när det gäller att minska reagensförbrukningen och förenkla driftsprocessen. Medan konventionella metoder vanligtvis använder reagensvolymer i storleksordningen milliliter, förbrukar denna metod endast mikroliter reagens, vilket minskar provförbrukningen med tre storleksordningar. Detta har en positiv effekt på både försökskostnader och miljöskydd.
Fig. 2. Chiralitet och koncentrationsdetektion av enantiomerer av åtta essentiella aminosyror.
Denna studie ger inte bara nya perspektiv i teorin, utan visar också på stor potential i praktiska tillämpningar. Denna nya metod förväntas spela en viktig roll inom läkemedelsutveckling, biokemisk detektion och miljöövervakning. Sammanfattningsvis ger denna studie inte bara en ny metod för kiral analys, utan öppnar också upp ett nytt område för biokemisk kiral detektion med hjälp av optofluidiska mikrolasrar. Med den fortsatta utvecklingen och tillämpningen av denna teknologi förväntas fler genombrott ske inom läkemedelskemi och bredare vetenskapliga områden.
