Un nuevo "vórtice quiral" de luz revela imágenes moleculares en espejo
La estructura completamente nueva de la luz podría ayudar a los desarrolladores de fármacos a ver su trabajo con más claridad que antes
Una estructura totalmente nueva de la luz ayuda a medir la quiralidad de las moléculas con más precisión y solidez que nunca, en un importante paso potencial para la medicina.
El estudio, publicado en Nature Photonics, ha sido dirigido por el Max Born Institute en colaboración con el King's College de Londres, el Imperial College de Londres y la Università degli Studi di Trieste. El equipo ha creado una estructura totalmente nueva de la luz que traza una curva quiral a lo largo del tiempo. Esta curva quiral tiene formas diferentes en distintos puntos del espacio, formando una estructura de vórtice. Al interactuar con las partículas quirales que atraviesa a lo largo del tiempo, el nuevo "vórtice quiral" proporciona una forma de medición precisa y robusta.
La quiralidad es una propiedad de la asimetría importante en varias ramas de la ciencia, como la física, la química, la biología y la medicina. Muchas moléculas, como las manos humanas, vienen en parejas: tienen una versión "diestra" y otra "zurda", que son imágenes especulares la una de la otra, pero no pueden colocarse una encima de la otra para que parezcan iguales.
Esta "lateralidad" de la molécula (su quiralidad) determina su interacción con sistemas biológicos como el cuerpo humano. El equilibrio entre las versiones zurda y diestra de la misma molécula se rompe en todos los organismos vivos. Permite la estabilidad de las proteínas y los procesos metabólicos. Por eso es tan importante distinguir las moléculas zurdas de las diestras.
"La investigación puntera de mi colega del Technion, el profesor Herman Wolosker, demuestra que la concentración relativa de moléculas izquierdas y derechas puede servir como biomarcador de cánceres y enfermedades renales y cerebrales". Prof. Olga Smirnova
Con nuestro nuevo método, se puede detectar un exceso minúsculo en la concentración de cualquiera de los gemelos especulares..., posiblemente suficiente para cambiar la vida". Dra. Nicola Mayer
Los métodos ópticos para distinguir las moléculas zurdas de las diestras superan en velocidad a los métodos químicos y encierran un potencial para la detección de biomarcadores quirales. Sin embargo, los métodos ópticos tradicionales se enfrentan a una serie de retos, como la necesidad de muestras de gran tamaño para identificar con precisión si una molécula es zurda o diestra, lo que puede resultar muy caro.
La nueva investigación introduce una estructura de la luz completamente nueva: el campo eléctrico de la luz traza una curva quiral a lo largo del tiempo, con una lateralidad que cambia a medida que se rodea el haz. Esta variación espacial de la lateralidad crea un "vórtice quiral".
Cuando las moléculas quirales interactúan con este vórtice, emiten fotones a través de un proceso llamado generación de alta armónica (ganador del Premio Nobel de Física 2023) en un patrón reconocible que puede detectarse mediante un experimento.
Cuando una molécula cambia de mano, el patrón de quiralidad correspondiente gira en el espacio. Esto se detecta mediante lecturas en un patrón giratorio de color que distingue la lateralidad de la molécula. La del extremo izquierdo es una molécula zurda, mientras que la de la derecha es diestra, ambas con patrones muy específicos.
Cuando se cambia la orientación de la molécula, el patrón correspondiente gira en el espacio. Esto permite una detección más precisa de la lateralidad de la muestra que con los métodos habituales, que se basan en el campo magnético de la luz, comparativamente más débil y que produce una señal mucho más débil.
La Dra. Nicola Mayer, investigadora postdoctoral del grupo de la profesora Olga Smirnova en el Instituto Max Born y becaria de investigación Marie Skłodowska-Curie Actions en el King's College de Londres, y primera autora del estudio, declaró: "Las medidas tradicionales de la quiralidad han tenido dificultades para identificar la concentración de moléculas diestras y zurdas en muestras que contienen cantidades casi iguales de ambas. Con nuestro nuevo método, se puede detectar un pequeño exceso en la concentración de cualquiera de las moléculas gemelas, como cuando la muestra contiene un 49% de moléculas diestras y un 51% de moléculas zurdas. Puede encontrar aplicaciones en la detección de biomarcadores quirales".
"Al centrarse en la detección de un patrón giratorio de la luz emitida por las moléculas, es mucho más fácil percibir e interpretar pequeñas diferencias en la lateralidad de las muestras diluidas. Además, la naturaleza de vórtice del rayo láser que hemos diseñado significa que las señales que recibimos son robustas frente a los escollos habituales de los experimentos de quiralidad en el laboratorio, como las fluctuaciones en la intensidad de la luz, lo que permite a más personas llevar a cabo este trabajo.
Este conocimiento puede sentar las bases para modelar el comportamiento de los electrones e incluso influir en las reacciones químicas con luz". Dra. Nicola Mayer
"Estas señales también pueden proporcionar una instantánea de cómo se mueven los electrones en el interior de las moléculas a su velocidad natural. Este conocimiento puede sentar las bases para modelar el comportamiento de los electrones e incluso influir en las reacciones químicas con luz".
Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.
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