Как и наши левая и правая руки, у некоторых молекул в природе есть зеркальные двойники. Однако, хотя эти молекулы-близнецы могут выглядеть одинаково, некоторые из их свойств могут сильно отличаться. Например, хиральность или хиральность молекул играет важную роль в химии, биологии и разработке лекарств: в то время как один тип молекулы может вылечить болезнь, его зеркальный двойник – или энантиомер – может быть токсичным или токсичным. даже смертельный.
Чрезвычайно сложно отличить противоположные хиральные молекулы друг от друга, потому что они выглядят одинаково и ведут себя одинаково, если только они не взаимодействуют с другим хиральным объектом.
Свет уже давно является идеальным кандидатом: колебания электромагнитного поля рисуют в пространстве хиральную спираль вдоль направления распространения света. В зависимости от того, вращается ли спираль по часовой стрелке или против часовой стрелки, световая волна бывает правосторонней или левосторонней. Хиральные молекулы могут по-разному взаимодействовать с ним.
Однако шаг спирали, задаваемый длиной световой волны, примерно в тысячу раз больше, чем размер молекулы. Итак, крошечные молекулы воспринимают световую спираль скорее как гигантский круг, совершенно не чувствуя ее хиральности.
Инновационный способ решения этой проблемы, предложенный учеными MBI, Technion и TU Berlin, заключается в синтезе совершенно нового типа хирального света – такого, который рисует хиральную структуру во времени в каждой отдельной точке пространства. «Направленность этого нового света может быть настроена таким образом, что один энантиомер будет активно взаимодействовать с ним и излучать в ответ яркий свет, в то время как противоположный энантиомер вообще не будет взаимодействовать с ним», – объясняет доктор.
Дэвид Аюсо, исследователь MBI и первый автор статьи.
Ученые математически описали этот новый хиральный свет и протестировали свою модель, моделируя его взаимодействие с хиральными молекулами. Кроме того, они показали, как «приготовить» такой свет в лаборатории: сплавить два сходящихся лазерных луча, которые переносят световые волны двух разных частот. Регулируя фазовый сдвиг между различными частотами, ученые могут управлять направленностью этого синтетического хирального света и, таким образом, выбирать, с каким типом молекул он будет сильно взаимодействовать.
«Синтетический киральный свет описывается совершенно новыми внутренними свойствами симметрии для электромагнитных полей, что очень интересно», – говорит Офер Нойфельд, аспирант физического факультета Техниона, второй (равный вклад) автор статьи.
Исследователи предвидят множество потенциальных применений нового метода в химии и биологии. Например, синтетический хиральный свет может позволить отслеживать хиральные химические реакции в режиме реального времени или обнаруживать переключение в хиральности молекул. «Мы также надеемся использовать этот новый подход для пространственного разделения молекул с противоположной направленностью с помощью сверхбыстрых лазеров», – заключает проф. Доктор.
Ольга Смирнова, профессор Берлинского технического университета и руководитель теоретической группы MBI.