Вы правша или левша? Нет, мы не спрашиваем вас, дорогой читатель; мы спрашиваем ваши молекулы. Само собой разумеется, что в зависимости от того, какой рукой вы пользуетесь, ваши пальцы будут так или иначе обхватывать объект, когда вы сжимаете его. Так получилось, что эта хиральность, или «хиральность», также очень важна в мире молекул.
Фактически, мы можем утверждать, что маневренность молекулы гораздо важнее вашей: некоторые вещества будут либо токсичными, либо полезными, в зависимости от того, какой «зеркальный двойник» присутствует. Поэтому некоторые лекарства должны содержать исключительно праворуких или левосторонних близнецов.
Проблема заключается в идентификации и отделении правых молекул от левых, которые ведут себя точно так же, если не взаимодействуют с другим хиральным объектом. Международная исследовательская группа представила новый метод, который чрезвычайно чувствителен к определению хиральности молекул.
Мы знали, что молекулы могут быть хиральными с 19 века. Пожалуй, самый известный пример — ДНК, структура которой напоминает правый штопор. Обычно хиральность определяется с помощью так называемого циркулярно поляризованного света, электромагнитные поля которого вращаются либо по часовой стрелке, либо против часовой стрелки, образуя правый или левый «штопор» с осью вдоль направления светового луча. Этот хиральный свет по-разному поглощается молекулами противоположной направленности.
Этот эффект, однако, невелик, потому что длина волны света намного больше, чем размер молекулы: штопор света слишком велик, чтобы эффективно воспринимать хиральную структуру молекулы.Однако новый метод значительно усиливает хиральный сигнал. «Хитрость заключается в том, чтобы направить на молекулы очень короткий лазерный импульс с круговой поляризацией», — говорит Ольга Смирнова из Института Макса Борна. Этот импульс длится всего несколько десятых триллионной секунды и передает энергию электронам в молекуле, заставляя их двигаться по спирали.
Движение электронов естественно следует по правой или левой спирали во времени в зависимости от направленности молекулярной структуры, в которой они находятся.Их движение теперь можно обнаружить с помощью второго лазерного импульса. Этот импульс также должен быть коротким, чтобы улавливать направление движения электронов, и иметь достаточно энергии фотонов, чтобы выбить возбужденные электроны из молекулы.
В зависимости от того, двигались ли они по часовой стрелке или против часовой стрелки, электроны будут вылетать из молекулы вдоль или против направления лазерного луча.Это позволяет экспериментаторам CELIA очень эффективно определять хиральность молекул с сигналом в 1000 раз сильнее, чем при использовании наиболее часто используемого метода. Более того, это может позволить инициировать хиральные химические реакции и вовремя следить за ними. Все сводится к подаче очень коротких лазерных импульсов с правильной несущей частотой.
Эта технология является кульминацией фундаментальных исследований в области физики и стала доступна только недавно. Он может оказаться чрезвычайно полезным в других областях, где хиральность играет важную роль, например, в химических и фармацевтических исследованиях.
Успешно идентифицировав хиральность молекул с помощью своего нового метода, исследователи теперь уже думают о разработке метода лазерного разделения правых и левых молекул.