Чем различаются левша и правые молекулы? Исследователи в Eth Zurich используют новый метод визуализации для визуализации того, что ранее было измеримым только как среднее, открывая новые возможности для биологии и материаловедения.
Почему Spearmint и Crate Seeds пахнут так по -разному, хотя их основные молекулы аромата практически идентичны? Почему лекарство может спасти жизни, в то время как его зеркальный образ неэффективен или даже вреден? Ответ заключается в хиральности, «руке» молекул. Подобно тому, как левые и правые руки похожи, но не могут быть помещены друг на друга, есть левые и правые версии многих молекул. Они часто имеют совершенно разные эффекты.
Исследовательская группа в Eth Zurich во главе с Роменом Квидантом, профессором Nanophotonics, разработала метод, который позволяет визуализировать хиральность пространственно, используя лишь одно изображение. До сих пор хиральность в основном смогла измерить только всю выборку, и результат всегда был средним значением.
«С помощью этого нового метода мы можем использовать одно изображение для определения областей нашей выборки, где происходят структуры левой руки и правша»,-объясняет Ребекка Бюхнер, докторская студентка, работающая под Quidant, и ведущий автор исследования, опубликованного в журнале. Природа фотоникаПолем
Свет как ключ к рук
Для исследования Бюхнер использовал специально изготовленные золотые наноструктуры, т.е. искусственно произведенные хиральные образцы, которые были изготовлены Хосе Гарсией-Гуирадо, руководителем лаборатории в группе Quidant. Поэтому Бюхнер знал, сколько правых и левша компонентов ожидать на изображении. Чтобы сделать хиральность образцов видимыми, она использовала недавно разработанный метод визуализации, который работает как высокоспециализированная камера. Что отличает его, так это способность обнаружить, как образец взаимодействует с различными типами круглого поляризованного света.
Круглый поляризованный свет – это тип света, где волны света вращаются в спирали, когда они двигаются, либо слева, либо вправо. Многие хиральные молекулы в природе по-разному реагируют на эти типы света: они поглощают левый свет больше, чем правый свет, или, например, слегка вращают свое направление колебаний.
В отличие от традиционных методов, которые нуждаются в двух отдельных измерениях с поляризацией левой и правой круговой поверхности, система Бюхнера захватывает оба спиральных направления одновременно. Он использует умную оптическую установку: после прохождения через образец свет разделяется на левые и правые компоненты, используя контрольные балки, которые создают интерференционные паттерны. Эти паттерны показывают, как каждый тип света взаимодействовал с образцом, что делает кирализму видимым.
Нормальная камера запечатлела только неразборчивое изображение из этого наложения. Однако благодаря новому методу компьютер может точно прочитать информацию. Полученные карты с цветом кодировки показывают, какие части образца являются левшами, а какие правы. «Мы даже смогли визуализировать такие буквы, как« L »и« R », которые состояли из наноструктур с различной рукой», – сообщает Бюхнер.
Возможности для биологии и материаловедения
«Я вижу наибольший потенциал для нашего метода, везде, где хиральность изменяется пространственно, что было практически невозможно измерить до сих пор»,-говорит Хайме Ортега Арройо, старший ученый и сопервизор проекта. Это хорошо известная проблема, особенно в материаловедении: хиральные материалы трудно решить пространственно, например, когда разные зоны в материале имеют разные руки. Новый метод теперь позволяет визуализировать эти различия напрямую.
Исследователи также видят потенциал для биологических образцов. Например, здоровые и больные ткани могут отличаться не только по их клеточной структуре, но и по хиральности. При подходе визуализации можно было бы обнаружить такие различия непосредственно в ткани без окрашивания или механического вмешательства. «Это относится не только к молекулам, но и к более крупным структурам, таким как части клеток, чья хиральность вряд ли изучалась до настоящего времени», – объясняет Бюхнер.
Существует также потенциал для применения в аптеке: многие лекарства состоят из хиральных молекул, только один вариант которого эффективен. Метод, который раскрывает руку, может помочь лучше проанализировать сложные смеси или разработать новые диагностические процедуры.
Последние штрихи в лаборатории
Новый метод визуализации все еще находится на этапе исследования, и измеренные сигналы до сих пор являются умеренными и чувствительными к шуму. «Наша самая большая проблема состояла в том, чтобы уменьшить шум и сигналы, исходящие от артефактов на изображении до такой степени, что мы могли бы быть уверены, что сигналы фактически возникли из хиральности», – говорит Ортега Арройо.
В качестве следующего шага исследователи хотят сделать систему более чувствительной. Им еще предстоит пройти долгий путь, прежде чем его можно будет использовать в реальном мире. На данный момент основное внимание уделяется определению подходящих приложений и соответствующей адаптации метода. «Мы знаем, что может сделать наша платформа, но другие исследователи намного лучше знают, какие другие варианты использования лучше всего можно исследовать», – говорит Бюхнер.
2025-08-06 03:40:00
1754452071
#Левша #или #правша #Наноструктуры #идентифицированные #светом
Читайте также
