由巴斯大學的研究人員領導的一個國際科學家團隊發現了具有納米級尺寸的半導體螺旋粒子中的一種新的光子效應。觀察到的效應有可能加速拯救生命的藥物和光子技術的發現和開發。

科幻作家艾薩克·阿西莫夫在他的《機器人系列》作品中想像了一個機器人成長為人類值得信賴的伙伴的未來。這些機器人以機器人法則為指導，其中第一條規定：“機器人不得傷害人類，也不得因不作為而讓人類受到傷害。” 由於新的光子發現，機器人可能有機會以一種非常有意義的方式防止人類受到傷害–通過大大加快重要藥物的開發，如新的抗生素。

目前，世界衛生組織認為抗生素耐藥性（目前市場上的藥物越來越無效）是對人類的十大威脅之一。此外，全球化加上人類對野生動物棲息地的侵占，增加了新的傳染病出現的風險。人們普遍認為，利用今天的技術發現和開發治療這些和其他疾病的新藥的成本是不可持續的。加快藥物研究的需求從未像現在這樣迫切，它將從人工智能（AI）的幫助中受益匪淺。

領導這項研究的巴斯物理學教授Ventsislav Valev說：“儘管我們離阿西莫夫的正電子機器人大腦還有一段距離，但我們的最新發現確實有可能將分析化學反應的人工智能算法和製備化學混合物的機械臂聯繫起來–這一過程被稱為高通量篩選。”

高通量篩選（HTS）是一種使用機器人來發現新藥的實驗方法。一些實驗室已經採用了它，以幫助他們分析龐大的分子庫。然而，在未來，發現新藥可能完全通過HTS發生。使用這種方法，機器人同時操作大量的注射器，製備成千上萬的化學混合物，然後由機器人進行分析。分析結果被反饋給人工智能算法，然後決定下一步準備什麼混合物，如此反复，直到發現有用的藥物。

分析步驟是關鍵，因為沒有它，機器人就不能知道他們製備了什麼。HTS發生在微板（或藥片）上，其大小與巧克力棒差不多。每個片劑都有孔，化學混合物被倒入其中。片劑上的孔越多，一次可以分析的化學品就越多。但是，儘管一個現代藥片可以承載數千個，但藥片的大小並沒有改變。

Valev教授說：“為了滿足新興的機器人化學的要求，井變得非常小–對於目前的分析方法來說太小了。因此，需要從根本上採用新的方法來分析會藥物。”

“目前，大多數正在進入市場的新藥和大多數已經存在的藥物都是手性的（它們的化學式缺乏鏡像對稱性）。因此，能夠在小於1毫米3的微小體積中測量手性是特別重要的，這大約是一個邊長為信用卡厚度的立方體的大小。”

研究人員發現的效應允許在比1毫米3小10000倍的體積中測量手性。

Valev教授解釋說：“我們使用了一種非常令人興奮的新材料，它是由我們在美國密歇根大學的同事開發的，由尼古拉斯-科托夫教授領導。這是一種仿生物結構（即模擬生物現象的結構），在納米尺度上化學地組裝成半導體螺旋，類似於蛋白質的組裝方式。”

Valev教授說：“被紅光照射，小的半導體螺旋產生新的光，是藍色和扭曲的。藍光也以特定的方向發射，這使得它容易被收集和分析。這三重不尋常的光學效應極大地減少了生物液體中其他納米級分子和顆粒可能造成的噪音。”

Valev教授補充說：“這意味著通過仔細測量藍光，我們可以確定我們正在研究的結構的扭曲（或手性）方向。”納米螺旋的扭曲可以根據這些螺旋形成時存在的生物分子的種類而發生巨大變化，從而提供有關生物樣品的大量信息。

“我們的結果為測量可能比1 mm 3小1000 萬倍的體積的手性開闢了道路。雖然我們迄今為止測量的結構比典型的藥物大得多，但我們已經證明物理效應是真實的，所以原則上，分子特別是藥物的應用現在只是技術發展的問題。我們的下一步是為這一發展尋求資金，”Valev 教授說。

博士生Lukas Ohnoutek 也參與了這項研究，他說：“在納米技術中，最大的挑戰之一是能夠看到微小事物的特性。如今，這對於靜止的物體來說很容易，但對於自由漂浮在液體中的物體來說仍然很難。”

“如此成功地減少我們的研究量非常令人欣慰——我們現在將光線聚焦到大多數人肉眼看不到的地方。在那個體積內，我們可以確定更小的螺旋的扭轉方向。”