跟上机器人第一定律加速药物发现的新光子效应

巴斯大学和密歇根大学的物理学家在半导体纳米螺旋中展示了一种新的光子效应。由巴斯大学的研究人员领导的国际科学家团队发现了具有纳米级尺寸的半导体螺旋粒子的新光子效应。观察到的效应有可能加速救生药物和光子技术的发现和开发。

在他的机器人系列中，科幻小说作家艾萨克·阿西莫夫想象了一个机器人成长为人类值得信赖的伙伴的未来。这些机器人遵循机器人法则，其中第一条规定“机器人不得伤害人类，或因不作为而使人类受到伤害”。由于新的光子发现，机器人可能有机会以一种非常有意义的方式防止人类受到伤害——通过大大加快新抗生素等重要药物的开发。

目前，世界卫生组织将抗生素耐药性(目前市场上的药物越来越无效)列为人类面临的十大威胁之一。此外，全球化加上人类对野生动物栖息地的侵占增加了新传染病出现的风险。人们普遍认为，使用当今技术为这些和其他疾病发现和开发新药的成本是不可持续的。加速药物研究的需求从未像现在这样紧迫，它将极大地受益于人工智能(AI)的帮助。

负责这项研究的巴斯物理学教授VentsislavValev说：“虽然我们距离阿西莫夫的正电子机器人大脑还有很长的路要走，但我们的最新发现确实有可能将分析化学反应的人工智能算法和制备化学混合物的机械臂联系起来——一种称为高通量筛选的过程。”

高通量筛选(HTS)是一种利用机器人发现新药的实验方法。一些实验室已经采用了它，以帮助他们分析庞大的分子库。然而，在未来，新药的发现可能完全通过HTS进行。使用这种方法，机器人同时操作大量注射器，制备数千种化学混合物，然后由机器人进行分析。结果会反馈给人工智能算法，然后由人工智能算法确定下一步要制备什么混合物，依此类推，直到发现有用的药物。

分析步骤是关键，因为没有它，机器人就无法知道他们准备了什么。

HTS发生在巧克力棒大小的微孔板(或平板电脑)上。每个药片都包含注入化学混合物的孔。平板电脑上的孔越多，一次可以分析的化学物质就越多。但是，尽管现代平板电脑可以容纳数千口井，但桌子的大小并没有改变。

“为了满足新兴的机器人化学的要求，井变得非常小——对于当前的分析方法来说太小了，”Valev教授说。“因此，需要从根本上分析潜在药物的新方法。

“目前，大部分进入市场的新药和大部分老药都是手性的(它们的化学式缺乏镜像对称性)。因此，能够在小于1mm3的微小体积中测量手性尤为重要，该体积约为信用卡厚度边的立方体大小。”

研究人员发现的效应允许以比1mm3小10,000倍的体积测量手性。

“我们使用了由密歇根大学的同事开发的一种非常令人兴奋的新材料，由NicholasKotov教授领导，”Valev教授解释说。“这是一种仿生结构(即模拟生物现象的结构)，在纳米尺度上化学组装成半导体螺旋，类似于蛋白质的组装方式。”

Kotov教授说：“在红光照射下，小型半导体螺旋会产生新的蓝色光和扭曲光。蓝光也向特定方向发射，便于采集和分析。三重不寻常的光学效应大大降低了生物体液中其他纳米级分子和颗粒可能引起的噪音。”

Valev教授补充说：“这意味着通过仔细测量蓝光，我们可以确定我们正在研究的结构的扭曲(或手性)方向。”

纳米螺旋的扭曲可以根据这些螺旋形成时存在的生物分子的种类而发生巨大变化，从而提供有关生物样品的大量信息。

“我们的结果为测量可能比1mm3小1000万倍的体积的手性开辟了道路。虽然我们迄今为止测量的结构比典型的药物大得多，但我们已经证明物理效应是真实的，所以原则上，分子特别是药物的应用现在只是技术发展的问题。我们的下一步是为这一发展寻求资金，”Valev教授说。

博士生LukasOhnoutek也参与了这项研究，他说：“在纳米技术中，最大的挑战之一是能够看到微小事物的特性。如今，这对于静止的物体来说很容易，但对于自由漂浮在液体中的物体来说仍然很难。

“如此成功地减少我们的研究量非常令人欣慰——我们现在将光线聚焦到大多数人肉眼看不到的地方。在那个体积内，我们可以确定更小的螺旋的扭转方向。”

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