A luz é a maneira mais rápida de distinguir moléculas quirais destras e canhotas, que tem importantes aplicações em química e biologia. Contudo, a luz comum detecta apenas fracamente a destreza molecular. Pesquisadores do Instituto Max Born de Óptica Não Linear e Espectroscopia de Pulso Curto (MBI), o Instituto de Tecnologia de Israel (Technion) e a Technische Universitaet Berlin (TU Berlin) agora relatam um método para gerar e caracterizar luz quiral sintética, que identifica a destreza das moléculas de maneira excepcionalmente distinta. Os resultados de seu trabalho conjunto acabaram de aparecer em Nature Photonics .

Como as mãos direita e esquerda, algumas moléculas na natureza têm gêmeos espelho. Contudo, embora essas moléculas gêmeas possam ser semelhantes, algumas de suas propriedades podem ser muito diferentes. Por exemplo, a lateralidade - ou quiralidade - das moléculas desempenha um papel essencial na química, biologia, e desenvolvimento de medicamentos. Embora um tipo de molécula possa curar uma doença, seu gêmeo espelho - ou enantiômero - pode ser tóxico ou até letal.

É extremamente difícil diferenciar as moléculas quirais opostas porque elas parecem idênticas e se comportam de maneira idêntica, a menos que interajam com outro objeto quiral. A luz tem sido usada há muito tempo para detectar a quiralidade - as oscilações do campo eletromagnético desenham uma hélice quiral no espaço ao longo da direção de propagação da luz. Dependendo se a hélice gira no sentido horário ou anti-horário, a onda de luz é destra ou canhota. Contudo, o passo da hélice, definido pelo comprimento de onda da luz, é cerca de 1000 vezes maior que o tamanho de uma molécula. Portanto, a hélice de luz é um círculo gigantesco em comparação com as moléculas minúsculas, que dificilmente reagem à sua quiralidade.

Uma forma inovadora de contornar este problema proposto pela MBI, Cientistas do Technion e da TU Berlin, é sintetizar um novo tipo de luz quiral que desenha uma estrutura quiral no tempo em cada ponto do espaço. "A lateralidade desta nova luz pode ser ajustada de tal forma que um enantiômero irá interagir ativamente com ela e emitir uma luz brilhante em resposta, enquanto o enantiômero oposto não irá interagir com ele de forma alguma, "explica o Dr. David Ayuso, Pesquisador do MBI e primeiro autor do artigo.

Os cientistas descreveram esta nova luz quiral matematicamente e testaram seu modelo simulando como ela interage com as moléculas quirais. Além disso, eles mostraram como criar essa luz em um laboratório, fusão de dois feixes de laser convergentes que transportam ondas de luz de duas frequências diferentes. Ao ajustar a mudança de fase entre as diferentes frequências, os cientistas podem controlar a destreza dessa luz quiral sintética e, assim, selecionar o tipo de molécula com a qual ela interagirá fortemente.

"A luz quiral sintética é descrita por propriedades de simetria intrínseca completamente novas para campos eletromagnéticos, o que é muito emocionante, "diz Ofer Neufeld, um Ph.D. estudante do Departamento de Física do Technion, segundo (contribuição igual) autor do artigo.

Os pesquisadores prevêem uma variedade de aplicações potenciais do novo método em química e biologia. Por exemplo, A luz quiral sintética pode permitir aos pesquisadores monitorar as reações químicas quirais em tempo real ou detectar a mudança na lateralidade das moléculas. "Também esperamos usar esta nova abordagem para separar as moléculas espacialmente com a orientação oposta usando lasers ultrarrápidos, "diz a Profa. Dra. Olga Smirnova, professor da TU Berlin e chefe de um grupo de Teoria MBI.