光是一個非常強大和精確的工具，使我們能夠控制，成形和創建新的物質，光也是區分右手和左手手性分子的最快方法，在化學和生物學中具有重要的應用。
德國馬克斯-玻恩非線性光學與超短脈衝光譜學研究所，以色列理工學院和柏林工業大學的研究人員現在已經成功生成和表徵一種全新的合成手性光，它可以識別分子的手性異常不同。2019年10月28日出版的《自然·光子學》科學期刊上刊登了這一研究報告。
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手性又稱為“對掌性”，表示一種重要的對稱特點。舉例來說，如果某物體與其鏡像不同，則其被稱為“手性的”，且其鏡像是不能與原物體重合的，就如同左手和右手互為鏡像而無法疊合。手性物體與其鏡像被稱為對映體，在有關分子概念的中也被稱為對映異構體。
一種通用性氨基酸結構的兩種手性構體
就像我們的左手和右手一樣，自然界中的某些分子也具有鏡像孿生子。但是，儘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，分子的手性在化學，生物學和藥物開發中起著至關重要的作用：雖然一種分子可以治癒疾病，但其鏡像孿生子或對映異構體可能具有毒性甚至致命。
很難區分彼此相反的手性分子，因為它們看起來相同且行為相同，除非它們與另一個手性對象相互作用。長期以來，光一直是區別兩者的理想選擇：電磁場的振盪沿著光的傳播方向在空間中繪製一個手性螺旋。根據螺旋是順時針還是逆時針旋轉，光波是右旋還是左旋，手性分子可以與之相互作用。但是，由光波長決定的螺旋節距大約是分子大小的一千倍。因此，這些微小分子將輕螺旋形感知為一個巨大的圓圈，根本感覺不到它的手性。
合成一種全新的手性光
科學家們提出了一種解決這一問題的創新方法，即合成一種全新的手性光：一種在空間的每個點上及時繪製手性結構的手性光。馬克斯-玻恩非線性光學與超短脈衝光譜學研究所的研究人員戴維·阿尤索博士解釋說：“可以通過以下方式調整這種新光的手性：一種對映體將與之互動併發出明亮的光，而另一種對映體則根本不會與之相互作用。”
實際測試應用
科學家們用數學方法描述了這種新的手性光，並通過模擬它與手性分子的相互作用來測試他們的模型。此外，他們展示瞭如何在實驗室中“烹飪”此類光：將兩個會聚激光束的激光束融合在一起，這些激光束攜帶兩種不同頻率的光波。通過調節不同頻率之間的相移，科學家可以控制這種合成手性光的手性，從而選擇它將與哪種類型的分子強烈相互作用。
該論文的第二作者，奧弗·諾伊費爾德博士說：“合成手性光通過全新的電磁場固有對稱性來描述，這非常令人興奮。”
研究人員預見了該新方法在化學和生物學領域的各種潛在應用。例如，合成手性光可以允許人們實時監控手性化學反應或檢測分子，或者通過超快激光在空間上分離具有相反手性的分子。
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