• Home
  • Kemi
  • Astronomien
  • Energi
  • Naturen
  • Biologi
  • Fysik
  • Elektronik
  •  science >> Vetenskap >  >> Fysik
    Forskare syntetiserar ljus med ny inneboende kiralitet för att skilja isär spegelmolekyler

    Syntetiskt kiralt ljus interagerar selektivt med en av de två versionerna av en kiral molekyl (vänster eller höger). Den valda versionen svarar genom att avge mycket starkt ljus, medan dess "spegeltvilling" förblir mörk. Upphovsman:Steven Roberts

    Ljus är det snabbaste sättet att skilja höger- och vänsterhänta kirala molekyler, som har viktiga tillämpningar inom kemi och biologi. Dock, vanligt ljus känner bara svagt av molekylärhet. Forskare från Max Born Institute for Nonlinear Optics and Short Pulse Spectroscopy (MBI), Israel Institute of Technology (Technion) och Technische Universitaet Berlin (TU Berlin) rapporterar nu en metod för att generera och karakterisera syntetiskt kiralt ljus, som identifierar molekylernas skicklighet exceptionellt distinkt. Resultaten av deras gemensamma arbete har just dykt upp i Nature Photonics .

    Som vänster och höger hand, vissa molekyler i naturen har spegeltvillingar. Dock, medan dessa tvillingmolekyler kan se likadana ut, några av deras egenskaper kan vara väldigt olika. Till exempel, molekylernas hand -eller kiralitet - spelar en väsentlig roll i kemi, biologi, och läkemedelsutveckling. Medan en typ av molekyl kan bota en sjukdom, dess spegeltvilling - eller enantiomer - kan vara giftig eller till och med dödlig.

    Det är extremt svårt att skilja isär motsatta kirala molekyler eftersom de ser identiska ut och beter sig identiskt om de inte interagerar med ett annat kiralt objekt. Ljus har länge använts för att detektera kiralitet - oscillationer av det elektromagnetiska fältet drar en kiral helix i rymden längs ljusutbredningsriktningen. Beroende på om spiralen snurrar med eller moturs, ljusvågen är antingen höger- eller vänsterhänt. Dock, helix tonhöjd, inställd av ljusvåglängden, är ungefär 1000 gånger större än storleken på en molekyl. Så ljushelixen är en gigantisk cirkel jämfört med de små molekylerna, som knappast reagerar på dess chiralitet.

    En innovativ väg kring detta problem som föreslagits av MBI, Tekniker och TU Berlin -forskare, är att syntetisera en ny typ av kiralt ljus som drar en kiral struktur i tid vid varje enskild punkt i rymden. "Det nya ljusets skicklighet kan ställas in på ett sådant sätt att en enantiomer aktivt interagerar med det och avger starkt ljus som svar, medan den motsatta enantiomeren inte alls kommer att interagera med den, "förklarar doktor David Ayuso, MBI -forskare och artikelns författare.

    Forskarna beskrev detta nya kirala ljus matematiskt och testade deras modell genom att simulera hur det interagerar med kirala molekyler. Vidare, de visade hur man skapar sådant ljus i ett labb, sammansmältning av två konvergerande laserstrålar som bär ljusvågor med två olika frekvenser. Genom att ställa in fasskiftet mellan de olika frekvenserna, forskare kan styra det här syntetiska kirala ljusets skicklighet och därmed välja vilken typ av molekyl som det kommer att interagera starkt med.

    "Syntetiskt kiralt ljus beskrivs av helt nya inneboende symmetriegenskaper för elektromagnetiska fält, vilket är väldigt spännande, "säger Ofer Neufeld, en doktorsexamen student vid Technions fysikavdelning, andra (lika bidrag) författaren av tidningen.

    Forskarna förutser en mängd olika möjliga tillämpningar av den nya metoden inom kemi och biologi. Till exempel, syntetiskt kiralt ljus kan tillåta forskare att övervaka kirala kemiska reaktioner i realtid eller upptäcka omkopplaren i molekylernas handlighet. "Vi hoppas också kunna använda detta nya tillvägagångssätt för att separera molekyler rumsligt med motsatt hand med hjälp av ultrasnabba lasrar, "säger professor Dr. Olga Smirnova, professor vid TU Berlin och chef för en MBI -teorigrupp.

    © Vetenskap https://sv.scienceaq.com