Um novo efeito físico foi demonstrado na Universidade de Bath, após 40 anos de pesquisa por físicos de todo o mundo, o que pode levar a avanços na eficiência da fabricação de produtos químicos, miniaturização e controle de qualidade em produtos farmacêuticos personalizados.

Pela primeira vez, a equipe de pesquisa do Departamento de Física foi capaz de usar um efeito físico - especificamente a mudança de cor da luz espalhada por moléculas quirais - para medir a quiralidade presente, confirmando previsões de trabalhos teóricos da década de 1970.

A técnica é 100, 000 vezes mais sensível do que os métodos padrão usados ​​hoje.

A quiralidade descreve a orientação das moléculas, que podem existir em formas de 'mão direita' ou esquerda, dependendo de como eles se torcem em três dimensões. Muitas moléculas essenciais para a vida, incluindo DNA, aminoácidos e proteínas, exibem quiralidade e a lateralidade pode mudar totalmente sua função ou propriedades. Portanto, saber a quiralidade de uma substância costuma ser extremamente importante.

Durante décadas, os cientistas procuraram provar que era possível determinar com precisão a quiralidade das moléculas medindo um efeito de mudança de cor (não linear) na iluminação com luz torcida (polarizada circularmente). Em teoria, a luz distorcida pode mudar de cor e então se espalhar de maneira diferente a partir de moléculas com mãos diferentes - mas isso nunca havia sido demonstrado experimentalmente.

Dr. Ventsislav Valev, que lidera o grupo de pesquisa do Departamento de Física da Universidade de Bath, disse:"Demonstramos um novo efeito físico - você não pode dizer isso todos os dias. É exatamente por isso que entrei na ciência.

“Começamos a pensar sobre o problema há 13 anos, junto com o Prof Thierry Verbiest, na KU Leuven, Bélgica. Porque o efeito foi tão evasivo, Eu sabia que metade da solução seria desenvolver uma configuração experimental muito sensível. Fiz isso por muitos anos. A outra metade foi encontrar as amostras certas e eu estava realmente animado para descobrir as molas de prata nanoscópicas (nano-hélices) fabricadas pelo grupo do Prof Peer Fischer, no Instituto Max Planck de Sistemas Inteligentes, em Stuttgart, Alemanha."

Ph.D. o aluno Joel Collins teve um momento incrível ao fazer uma série de testes nessas molas.

Ele disse:"Para ser honesto, minha atitude foi quase 'OK, vamos tirar isso do caminho para ter certeza de que não funciona e podemos passar para outra coisa'. Então, junto com minha colega Dra. Kristina Rusimova, notamos que realmente parecia haver um efeito, e eu pensei 'Hmmmm, É interessante.'

"Continuamos repetindo o experimento para ter certeza de que era realmente um efeito real e vimos que não só está lá, mas é enorme - estávamos usando apenas concentrações muito baixas de nossas nano-hélices.

"Por mim, Eu realmente não reconheci o quão importante é, e estava esperando que alguém viesse e o rasgasse em pedaços, para dizer - 'você não pensou nisso' ou 'você perdeu isso'. Mas, com o tempo, percebi que esse é, na verdade, um resultado fantástico. "

A geometria experimental é de fato bastante simples; as nano-fontes são dispersas na água dentro de um recipiente de vidro onde se espalham aleatoriamente. Em seguida, um laser é direcionado a eles. A torção (polarização circular) do laser é trocada periodicamente e a luz espalhada do recipiente a 90 ° é analisada para determinar a quiralidade das molas presentes. A pesquisa é publicada em Revisão Física X .

Dr. Valev acrescentou:"Demorou 40 anos, as pessoas estão procurando por isso sem sucesso, e não por falta de tentativa. É incrível. A teoria era bastante controversa, as pessoas pensaram que talvez o efeito fosse impossível de observar, talvez algo mais estivesse lá, bloqueando-o.

"Por 200 anos, os cientistas têm usado o mesmo método para medir a quiralidade. Não é muito sensível, mas é robusto e simples, no entanto, medições precisas de quiralidade se tornaram um grande obstáculo para a nanotecnologia quiral feita por humanos por causa de falsos positivos.

"Agora temos um método 100, 000 vezes mais sensível, livre de falsos positivos. Há um novo tipo de processo de manufatura emergindo atualmente. É chamado de 'lab-on-a-chip' e nosso efeito se ajusta muito bem a ele.

"Um teste mais sensível significa que você pode usar quantidades menores no controle de qualidade e reduzir o desperdício, existem aplicações na fabricação de produtos químicos e farmacêuticos, bem como na microfluídica, na miniaturização e no desenvolvimento de tecnologias farmacêuticas pessoais. "

Fontes de laser avançadas, equipamentos de detecção sensíveis e técnicas de nanofabricação de última geração se juntaram para permitir a observação experimental do novo efeito.

Professor David Andrews, da University of East Anglia, teorizou o efeito há 40 anos. Ele disse:"O trabalho pioneiro do Dr. Valev é uma conquista inteligente e altamente significativa, pois ele percebeu um tipo de aplicação que nunca poderia ter sido imaginada quando a teoria foi lançada pela primeira vez, quarenta anos atrás.

"Seus resultados servem de encorajamento para todos os teóricos puros!"

Próximo, os pesquisadores usarão suas descobertas para caracterizar moléculas quirais e desenvolver suas aplicações tecnológicas.

O artigo "Primeira observação da atividade óptica no espalhamento hiper-Rayleigh" é publicado em Revisão Física X .