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全新手性表征光能準確區分鏡像分子

時間:2019-11-01 08:18:57 來源:科技日報

  利用光是區分分子手性的最快方法,但普通光對分子手性僅能做出微弱反應。德國非線性光學和短脈沖光譜研究所(MBI)、以色列理工學院以及柏林工業大學的研究人員最近創建和表征了一種全新的光,這種合成的手性光使分子的螺旋清晰可見。相關研究發表在最近的《自然·光子學》雜志上。


  就像人的左右手一樣,自然界中某些分子具有“鏡像孿生子”。盡管這些孿生分子看起來相似,但它們的某些特性可能有很大不同。因此,分子手性在化學、生物學和藥物開發中至關重要。分子的一種變體可以治療疾病,但其鏡像分子(也稱為對映異構體)可能具有毒性甚至致命。


  區分鏡像手性分子極其困難。而光的電磁場振蕩沿其傳播方向繪制出螺旋形狀,根據光波的轉向是順時針還是逆時針,就可確定它是右旋還是左旋。手性分子可以不同的方式與其相互作用,但由光的波長給出的螺旋線的寬度大約是分子大小的1000倍。


  德國和以色列的聯合研究小組現提出了一種解決該問題的創新方法。他們已經開始合成一種全新的手性表征光,這種手征光在空間的每個點都繪制了一個手征結構。該項研究第一作者大衛·阿烏索介紹說:“可以調節這種光的手性,從而使一種對映異構體主動與之相互作用并發出明亮的光,而鏡像的對映異構體則完全不與之反應。”


  科學家用數學方法描述了這種新的手性光并測試了他們的模型。他們模擬了這些光束如何與手性分子相互作用。另外,他們成功演示了如何通過融合兩個不同頻率的會聚激光束在實驗室中產生這種光。科學家可以通過“玩耍”不同頻率之間的相移來控制這種合成手性光的手性,并可以選擇哪種類型的分子與這種光強烈地相互作用。


  參與這項研究的第二主要作者、以色列理工學院歐伏·瑙伊福德表示:“合成手性光被電磁場的全新內在對稱特性所描述,這非常令人興奮。”研究人員由此看到了其新的化學和生物學過程的各種潛在應用。例如,合成手性光可以使手性化學反應能夠被實時觀察,或檢測分子的手性變化。瑙伊福德博士解釋說:“我們還希望能夠使用這種新方法在空間上分離超慣性激光的反手分子。”


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