Vridende laserlys giver mulighed for at undersøge nano-skalaen

En ny metode til sensitivt at måle strukturen af ​​molekyler er blevet demonstreret ved at vride laserlys og sigte det mod minimale guldgitre for at adskille bølgelængder.

Teknikken kan potentielt bruges til at undersøge strukturen og renheden af ​​molekyler i lægemidler, landbrugskemikalier, fødevarer og andre vigtige produkter lettere og billigere end eksisterende metoder.

Udviklet af fysikere ved University of Bath, arbejder med kolleger ved University of Cambridge og University College London, teknikken bygger på det mærkelige faktum, at mange biologiske og farmaceutiske molekyler enten kan være 'venstrehåndede' eller 'højrehåndede'.

Selvom sådanne molekyler er bygget af nøjagtig de samme elementer, kan de arrangeres i spejlbilleder af hinanden, og denne konfiguration ændrer undertiden deres egenskaber drastisk.

Som bekendt forårsagede morgensygdomsmedicinen Thalidomide fosterskader og dødsfald hos babyer, før det blev fjernet fra markedet i 1960'erne. Undersøgelse viste, at stoffet fandtes i to spejlbilleder - den højrehåndede form var effektiv som morgenkvalme, men den venstrehåndede form var skadelig for fostre. Dette er et eksempel på, hvorfor man tester hvilken 'håndethed', eller kiralitet, et molekyle har er afgørende for mange værdifulde produkter.

Forskerteamet fra Center for Fotonik og Fotoniske Materialer, og Center for Nanovidenskab og Nanoteknologi ved University of Bath, brugte en speciel hvidlyslaser bygget internt og ledte den gennem flere optiske komponenter for at sætte et twist på strålen. Den snoede laserstråle rammer derefter et nanoskopisk U-formet guldgitter, der fungerer som en skabelon for lyset, yderligere vridning af strålen i enten højre eller venstrehåndet retning. Dette afleder strålen i mange retninger og opdeler den yderligere i dens konstituerende bølgelængder på tværs af farvespektret.

Ved omhyggeligt at måle det afbøjede lys kan forskere opdage små forskelle i intensitet på tværs af spektret, som informerer dem om chiraliteten af ​​gitteret, laserstrålen interagerer med.

Studiet, offentliggjort i tidsskriftet Avancerede optiske materialer , demonstrerer teknikken som et principbevis.

Christian Kuppe, den ph.d. -studerende, der gennemførte eksperimenterne, sagde:"I øjeblikket kræver kiral sansning høje molekylkoncentrationer, fordi du leder efter små forskelle i, hvordan lyset interagerer med målmolekylet.

"Ved at bruge vores guldgitre sigter vi efter at bruge en meget mindre mængde molekyler til at udføre en meget følsom test af deres håndethed. Næste trin vil være at fortsætte med at teste teknikken med en række velkendte kirale molekyler.

"Vi håber, at dette bliver en værdifuld måde at udføre virkelig vigtige tests på alle slags produkter, herunder lægemidler og andre kemikalier af høj værdi."

Dr. Ventsislav Valev, der havde tilsyn med arbejdet, sagde:"Der er stor videnskabelig spænding ved miniaturisering og arbejde med nanostørrelser i meget lille skala. Dog, i jagten på at gå så lille som muligt, nogle muligheder er blevet overset. At arbejde med kirale nanorister er et godt eksempel på det. "