Un studiu publicat în Science Advances arată că fascicule laser „răsucite”, purtătoare de moment unghiular orbital, pot distinge moleculele chirale mult mai eficient decât metodele clasice, doar prin numărarea fragmentelor ionice produse.
Multe molecule există în două forme care sunt imagini în oglindă una a celeilalte, la fel ca mâna stângă și mâna dreaptă. Deși aceste „gemene moleculare”, numite enantiomeri, par aproape identice, ele se pot comporta radical diferit, mai ales în sistemele vii și în medicamente. Distincția dintre ele rămâne o provocare majoră pentru chimie și pentru industria farmaceutică, unde doar unul dintre cei doi enantiomeri poate fi activ sau sigur pentru organism.
Un fascicul de lumină care se răsucește
O echipă de cercetători de la Tata Institute of Fundamental Research (TIFR) Hyderabad, Indian Institute of Technology Bombay și Indian Institute of Technology Hyderabad a demonstrat că lumina structurată, care nu doar se rotește (spin), ci și se „răsucește” pe măsură ce înaintează (moment unghiular orbital, OAM), poate acționa ca o sondă sensibilă la chiralitate. Analogia folosită de cercetători este cea a unui șurub și a unei piulițe: un șurub cu filet pe dreapta se potrivește doar cu o piuliță cu filet pe dreapta, nu și cu una cu filet pe stânga. În mod similar, lumina „răsucită” interacționează diferit cu o moleculă în funcție de chiralitatea acesteia.
Experimentele au avut loc la instalația laser a TIFR Hyderabad. Cercetătorii au direcționat pulsuri laser ultrascurte, de câteva sute de femtosecunde, cu spin și răsucire controlate, către probe gazoase din cei doi enantiomeri ai camforului, (1S)-(-)-Camfor și (1R)-(+)-Camfor. Sub acțiunea luminii, moleculele se ionizează și se fragmentează, iar fragmentele încărcate rezultate sunt analizate cu ajutorul unui spectrometru de masă cu timp de zbor, un instrument care identifică ionii în funcție de viteza cu care ajung la detector.
Chiralitatea, citită direct din numărul de fragmente
Rezultatul central al studiului este că numărul de fragmente produse variază în funcție de combinația dintre răsucirea luminii și orientarea chirală a moleculei. Practic, simpla comparare a numărului de fragmente permite deosebirea celor doi enantiomeri, fără a fi nevoie de măsurători unghiulare complicate. Autorii precizează că interacțiunea dintre momentul unghiular de spin (SAM) și cel orbital (OAM) al luminii îmbunătățește sensibilitatea și selectivitatea spectrometriei de masă chirale, fără a fi necesară derivatizarea chimică a probelor, o etapă suplimentară obligatorie în multe metode tradiționale.
Tehnicile convenționale de detectare a chiralității, precum dicroismul circular, se bazează pe măsurarea unor diferențe extrem de mici în modul în care moleculele absorb lumina, sau urmăresc direcțiile în care sunt emiși electronii în urma ionizării. Ambele abordări necesită echipamente complexe, aliniere precisă și, adesea, măsurători de coincidență. Noua metodă citește chiralitatea direct din semnalul ionic, reducând necesitatea unor măsurători complicate și crescând totodată sensibilitatea detecției.
Molecule izolate, semnal amplificat
Cercetătorii au studiat moleculele în fază gazoasă, unde acestea sunt separate de influențe externe precum solvenții sau suprafețele. Această alegere a permis observarea mai directă a interacțiunii de bază dintre lumina structurată și forma moleculei. Lumina răsucită a amplificat totodată diferența dintre cei doi enantiomeri, generând semnale mai puternice decât cele produse în mod obișnuit de metodele optice tradiționale.
Rezultatele introduc un nou mod de a „potrivi filetele” dintre lumină și materie. Folosind fascicule laser răsucite ca sonde, cercetătorii ar putea identifica mai ușor și mai precis orientarea chirală a unor molecule, cu aplicații potențiale în chimie, biologie și știința farmaceutică, domenii în care alegerea enantiomerului corect poate fi esențială pentru eficiența și siguranța unui produs.
Metoda arată că lumina structurată poate deveni un instrument practic pentru identificarea rapidă a moleculelor chirale, o problemă cu implicații directe asupra siguranței medicamentelor și a proceselor chimice din care acestea rezultă.
Studiul: Haritha Venugopal, Parishkrith Aravind, Angitha Sajeevan, Sanket Sen, Abhisek Sinha, Sucharita Giri, Gopal Dixit, Ram Gopal, Vandana Sharma — Enhanced chiral discrimination in mass spectrometry with orbital angular momentum beams, Science Advances, 2026 — Tata Institute of Fundamental Research (TIFR) Hyderabad, Indian Institute of Technology Bombay, Indian Institute of Technology Hyderabad — DOI: 10.1126/sciadv.aec6549
Lasă un răspuns