Nanoparticles interaction with chiral organic biomolecules

Abstract

This bachelor's thesis examines the use of nanoparticles for the detection and separation of enantiomers. The purpose of the thesis is to provide an overview of nanoparticles and different methods used for enantiomers sensing and separation. Nanoparticles can be used to enantioselective separation in pharmaceuticals so that only one enantiomer is utilized in drugs, thereby reducing adverse effects. The thesis focuses on optical and electrochemical separation methods. Since the enantiomers of biomolecules are chiral, chirality plays a crucial role in enantiomer research. Therefore, separation methods should be capable of detecting chirality. Hence, optical and electrochemical methods are used in combination with nanoparticles. The topic is approached from the perspective of materials engineering. The thesis aims to answer the following questions: How nanoparticles can be used for enantiomer separation? What separation methods can be applied with nanoparticles? Why should enantiomers need to be separated? The study is based on peer-reviewed research and review articles. The conclusions of the thesis indicate that several optical and electrochemical separation methods have been developed in combination with chiral nanoparticles, but they have challenges and limitations. For instance, in optical methods, signal strength can be weak, and the equipment can be expensive. The stability of nanoparticles also presents a challenge. Additionally, there is no single nanoparticle that can separate all enantiomers, making the selection of suitable nanoparticles a crucial consideration. More environmentally friendly and cost-effective nanoparticles should be developed, with silicon-based nanoparticles being a promising option. Optical and electrochemical methods, when used with nanoparticles, show great potential for enantiomer identification and separation. However, further research and development are needed before these separation techniques and nanoparticles can be commercialized.

Tämä kandidaatin tutkielma käsittelee nanopartikkelien käyttöä enantiomeerien tunnistuksessa ja erotuksessa. Tutkielman tarkoituksena on luoda yleiskatsaus enantiomeerien tunnistuksesta ja erotuksesta, kun käytetään nanopartikkeleita eri erotusmenetelmien kanssa. Nanopartikkeleita voidaan hyödyntää enantiomeerejä sisältävien lääkkeiden erotuksessa, jotta vain yhtä enantiomeeriä voitaisiin käyttää lääkkeissä. Tämä vähentää lääkkeiden ei-toivottuja vaikutuksia.Tutkielmassa käsitellään optisia- ja elektrokemiallisia erotusmenetelmiä. Biomolekyylien enantiomeerit ovat kiraalisia ja siksi kiraalisuus on tärkeää enantiomeerien tutkimisessa. Tämän vuoksi erotusmenetelmien tulisi pystyä tunnistamaan kiraalisuutta. Siksi optisia ja elektrokemiallisia menetelmiä käytetään nanopartikkelien kanssa. Aihetta tarkastellaan materiaalitekniikan näkökulmasta. Tutkielman tarkoituksena on vastata kysymyksiin: Miten nanopartikkeleita voidaan käyttää enantiomeerien erotukseen? Mitä erotusmenetelmiä voidaan käyttää nanopartikkelien kanssa? Miksi enantiomeerejä tulee erottaa? Tutkielmassa on käytetty vertaisarvioituja tutkimuksia sekä katsausartikkeleita. Tutkielman johtopäätöksinä voidaan todeta, että kiraalisten nanopartikkelien kanssa on kehitetty useita optisia ja elektrokemiallisia erotusmenetelmiä, mutta ne eivät ole ongelmattomia. Esimerkiksi optisissa menetelmissä signaalin vahvuus voi olla heikko ja laitteet voivat olla kalliita. Nanopartikkelien stabiilisuus on myös ongelma. Ei myöskään ole yhtä nanopartikkelia, jolla voisi erottaa kaikki enantiomeerit, joten niiden valintaan tulee käyttää pohdintaa. Varsinkin ympäristöystävällisiä ja halpoja nanopartikkeleita tulisi kehittää lisää. Esimerkiksi piipohjaiset nanopartikkelit ovat hyvä vaihtoehto tähän. Optisilla ja elektrokemiallisilla menetelmillä on nanopartikkelien kanssa suuri potentiaali enantiomeerien tunnistuksessa ja erotuksessa. Kuitenkin nämä erotusmenetelmät ja nanopartikkelit tarvitsevat lisää tutkimusta ja kehittämistä ennen niiden kaupallistamista.