Щойно відкрито абсолютно нову структуру світла, яка називається хіральним вихором – і міжнародна команда вчених, що стоїть за її створенням, стверджує, що вона може мати вирішальне значення для розробки нових ліків і точної діагностики захворювань. Як випливає з назви, новий світловий промінь бере стандартний світловий вихор, в якому світло закручується по спіралі, і додає до нього хіральність: властивість молекул та іонів мати лівосторонню або правосторонню дзеркальну конфігурацію (так само як і людські руки).
Зробивши світло хіральним у кожній точці, вчені можуть вимірювати хіральність молекул з високою чутливістю. «Рукостискання» молекул може суттєво змінити спосіб їхньої взаємодії та поведінки, а це може означати різницю між молекулами, які можуть бути корисними або шкідливими для організму.
«Новітні дослідження показують, що відносна концентрація лівих і правих молекул може слугувати біомаркером раку, захворювань нирок і мозку», – каже фізик Ольга Смірнова з Інституту Макса Борна в Німеччині.
Крім виявлення хвороб, хіральність також є важливою частиною розробки ліків. Ліки, які відрізняються розташуванням атомів, можуть мати непередбачувані ефекти, що може спотворити наукові дослідження і спричинити руйнівні наслідки для здоров’я.
Нова технологія прагне запобігти цим помилкам. Коли хіральний вихор взаємодіє з хіральними молекулами, молекули випромінюють фотони. Вимірюючи структуру цих фотонів, вчені можуть отримати точні дані про те, скільки лівих і правих молекул беруть участь у взаємодії.
Хоча вже існують способи вимірювання хіральності в молекулах, дослідники сподіваються, що хіральний вихор обіцяє бути надійнішим, точнішим і дешевшим, ніж ті, що ми вже маємо, і потребуватиме менших розмірів зразків для отримання кращих результатів. Однак, він все ще потребує подальшого розвитку та масштабування.
«Традиційні методи визначення хіральності не дозволяють визначити концентрацію право- і лівосторонніх молекул у зразках, що містять майже однакову кількість обох молекул», – говорить фізик Нікола Майєр з Інституту Макса Борна.
«За допомогою нашого нового методу можна виявити крихітне перевищення концентрації будь-якого з дзеркальних близнюків, можливо, достатнє для того, щоб змінити життя на краще».
Ми не знаємо, як саме виникла хіральність, але, можливо, вона зародилася в глибокому космосі, а потім стала відігравати важливу роль у багатьох різних аспектах життя на Землі. Наявність інструментів, здатних краще виявляти хіральні молекули, була б великим кроком вперед.
Це також технологія, яка може виявитися корисною в інших сферах – від розуміння фундаментальних взаємодій між світлом і речовиною до керування хімічними реакціями за допомогою світла.
«Ці сигнали також можуть дати уявлення про те, як електрони рухаються всередині молекул зі своєю природною швидкістю, – каже Майєр. «Таке розуміння може закласти основу для формування поведінки електронів і навіть, зрештою, вплинути на хімічні реакції зі світлом». Дослідження опубліковане в журналі Nature Photonics.