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全新手性表征光能准确区分镜像分子

2019-11-01 08:01 来源:科技日报

  利用光是区分分子手性的最快方法,但普通光对分子手性仅能做出微弱反应。德国非线性光学和短脉冲光谱研究所(MBI)、以色列理工学院以及柏林工业大学的研究人员最近创建和表征了一种全新的光,这种合成的手性光使分子的螺旋清晰可见。相关研究发表在最近的《自然·光子学》杂志上。

  就像人的左右手一样,自然界中某些分子具有“镜像孪生子”。尽管这些孪生分子看起来相似,但它们的某些特性可能有很大不同。因此,分子手性在化学、生物学和药物开发中至关重要。分子的一种变体可以治疗疾病,但其镜像分子(也称为对映异构体)可能具有毒性甚至致命。

  区分镜像手性分子极其困难。而光的电磁场振荡沿其传播方向绘制出螺旋形状,根据光波的转向是顺时针还是逆时针,就可确定它是右旋还是左旋。手性分子可以不同的方式与其相互作用,但由光的波长给出的螺旋线的宽度大约是分子大小的1000倍。

  德国和以色列的联合研究小组现提出了一种解决该问题的创新方法。他们已经开始合成一种全新的手性表征光,这种手征光在空间的每个点都绘制了一个手征结构。该项研究第一作者大卫·阿乌索介绍说:“可以调节这种光的手性,从而使一种对映异构体主动与之相互作用并发出明亮的光,而镜像的对映异构体则完全不与之反应。”

  科学家用数学方法描述了这种新的手性光并测试了他们的模型。他们模拟了这些光束如何与手性分子相互作用。另外,他们成功演示了如何通过融合两个不同频率的会聚激光束在实验室中产生这种光。科学家可以通过“玩耍”不同频率之间的相移来控制这种合成手性光的手性,并可以选择哪种类型的分子与这种光强烈地相互作用。

  参与这项研究的第二主要作者、以色列理工学院欧伏·瑙伊福德表示:“合成手性光被电磁场的全新内在对称特性所描述,这非常令人兴奋。”研究人员由此看到了其新的化学和生物学过程的各种潜在应用。例如,合成手性光可以使手性化学反应能够被实时观察,或检测分子的手性变化。瑙伊福德博士解释说:“我们还希望能够使用这种新方法在空间上分离超惯性激光的反手分子。”

(责任编辑:王蔚)

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