物理学家发现一种新的光子效应 可加速挽救生命的药物的发现

科幻作家艾萨克·阿西莫夫在他的《机器人系列》作品中想象了一个机器人成长为人类值得信赖的伙伴的未来。这些机器人以机器人法则为指导，其中第一条规定：“机器人不得伤害人类，也不得因不作为而让人类受到伤害。” 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--通过大大加快重要药物的开发，如新的抗生素。

目前，世界卫生组织认为抗生素耐药性（目前市场上的药物越来越无效）是对人类的十大威胁之一。此外，全球化加上人类对野生动物栖息地的侵占，增加了新的传染病出现的风险。人们普遍认为，利用今天的技术发现和开发治疗这些和其他疾病的新药的成本是不可持续的。加快药物研究的需求从未像现在这样迫切，它将从人工智能（AI）的帮助中受益匪浅。

领导这项研究的巴斯物理学教授Ventsislav Valev说：“尽管我们离阿西莫夫的正电子机器人大脑还有一段距离，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--这一过程被称为高通量筛选。”

高通量筛选（HTS）是一种使用机器人来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，发现新药可能完全通过HTS发生。使用这种方法，机器人同时操作大量的注射器，制备成千上万的化学混合物，然后由机器人进行分析。分析结果被反馈给人工智能算法，然后决定下一步准备什么混合物，如此反复，直到发现有用的药物。

分析步骤是关键，因为没有它，机器人就不能知道他们制备了什么。HTS发生在微板（或药片）上，其大小与巧克力棒差不多。每个片剂都有孔，化学混合物被倒入其中。片剂上的孔越多，一次可以分析的化学品就越多。但是，尽管一个现代药片可以承载数千个，但药片的大小并没有改变。

Valev教授说：“为了满足新兴的机器人化学的要求，井变得非常小--对于目前的分析方法来说太小了。因此，需要从根本上采用新的方法来分析会药物。”

“目前，大多数正在进入市场的新药和大多数已经存在的药物都是手性的（它们的化学式缺乏镜像对称性）。因此，能够在小于1毫米3的微小体积中测量手性是特别重要的，这大约是一个边长为信用卡厚度的立方体的大小。”

研究人员发现的效应允许在比1毫米3小10000倍的体积中测量手性。

Valev教授解释说：“我们使用了一种非常令人兴奋的新材料，它是由我们在美国密歇根大学的同事开发的，由尼古拉斯-科托夫教授领导。这是一种仿生物结构（即模拟生物现象的结构），在纳米尺度上化学地组装成半导体螺旋，类似于蛋白质的组装方式。”

Valev教授说：“被红光照射，小的半导体螺旋产生新的光，是蓝色和扭曲的。蓝光也以特定的方向发射，这使得它容易被收集和分析。这三重不寻常的光学效应极大地减少了生物液体中其他纳米级分子和颗粒可能造成的噪音。”

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 1 mm 3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 Lukas Ohnoutek 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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