科學(xué)家合成具有新的內(nèi)在手性的光 以區(qū)分鏡子分子

光是區(qū)分右手和左手手性分子的最快方法，在化學(xué)和生物學(xué)中具有重要的應(yīng)用。然而，普通的光僅微弱地感測(cè)分子的手感。Max Born非線性光學(xué)和短脈沖光譜研究所(MBI)，以色列理工學(xué)院(Technion)和柏林工業(yè)大學(xué)(TU Berlin)的研究人員現(xiàn)在報(bào)告了一種生成和表征合成手性光的方法，該方法可以識(shí)別分子的慣性非常明顯地 他們的共同成果剛剛出現(xiàn)在《自然光子學(xué)》中。

像左手和右手一樣，自然界中的某些分子具有鏡像孿生子。但是，盡管這些孿生分子看起來很相似，但它們的某些特性卻可能非常不同。例如，分子的手性或手性在化學(xué)，生物學(xué)和藥物開發(fā)中起著至關(guān)重要的作用。雖然一種分子可以治愈疾病，但其鏡像孿生子或?qū)τ钞悩?gòu)體可能有毒甚至致命。

很難區(qū)分彼此相反的手性分子，因?yàn)樗鼈兛雌饋硐嗤倚袨橄嗤撬鼈兣c另一個(gè)手性對(duì)象相互作用。長期以來，光一直用于檢測(cè)手征性，電磁場(chǎng)的振蕩沿光傳播方向在空間中繪制了手征性螺旋。根據(jù)螺旋是順時(shí)針還是逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，光波是右旋還是左旋。但是，由光波長決定的螺旋節(jié)距大約是分子大小的1000倍。因此，相比于幾乎不對(duì)其手性作出反應(yīng)的微小分子，輕螺旋是一個(gè)巨大的圓圈。

MBI，Technion和柏林理工大學(xué)的科學(xué)家提出的解決此問題的創(chuàng)新方法是，合成一種新型的手征光，該手征光可以在空間的每個(gè)點(diǎn)及時(shí)繪制一個(gè)手征結(jié)構(gòu)。MBI研究人員David Ayuso博士解釋說：“ 可以調(diào)節(jié)這種新光的手性，以使一種對(duì)映異構(gòu)體能夠與其主動(dòng)相互作用并發(fā)出明亮的光，而另一種對(duì)映異構(gòu)體則根本不會(huì)與之相互作用。”和文章的第一作者。

科學(xué)家們用數(shù)學(xué)方法描述了這種新的手性光，并通過模擬它與手性分子的相互作用來測(cè)試他們的模型。此外，他們展示了如何在實(shí)驗(yàn)室中創(chuàng)建這種光，將兩個(gè)會(huì)聚兩個(gè)不同頻率的光波的會(huì)聚激光束融合在一起。通過調(diào)節(jié)不同頻率之間的相移，科學(xué)家可以控制這種合成手性光的手性，從而選擇與之強(qiáng)烈相互作用的分子類型。

“合成手性光通過全新的電磁場(chǎng)固有對(duì)稱性來描述，這非常令人興奮，”博士Ofer Neufeld說道。是Technion物理系的學(xué)生，論文的第二作者(同等貢獻(xiàn))。

研究人員預(yù)見了該新方法在化學(xué)和生物學(xué)領(lǐng)域的各種潛在應(yīng)用。例如，合成手性光可以使研究人員實(shí)時(shí)監(jiān)控手性化學(xué)反應(yīng)或檢測(cè)分子的手性轉(zhuǎn)換。“我們也希望使用這種新方法，使用超快激光以相反的慣性在空間上分離分子，”柏林工業(yè)大學(xué)教授，MBI理論小組負(fù)責(zé)人Olga Smirnova教授說。