Muitas moléculas vêm em duas formas que são imagens espelhadas uma da outra, como as mãos esquerda e direita. Embora estes gémeos moleculares possam parecer quase idênticos, podem comportar-se de formas dramaticamente diferentes, particularmente em sistemas vivos e medicamentos. Separar esses enantiômeros (também chamados de moléculas quirais) continua sendo um grande desafio científico e tecnológico.
Uma maneira de entender a lateralidade molecular é pensar em um parafuso e uma porca. Um parafuso destro se encaixa em uma rosca destra, enquanto um parafuso canhoto não. Os pesquisadores mostraram agora que a luz com formato especial pode atuar como um tipo semelhante de sonda rosqueada, interagindo de maneira diferente com as moléculas dependendo de sua lateralidade.
Dando um toque especial à luz laser
Cientistas do Instituto Tata de Pesquisa Fundamental, do Instituto Indiano de Tecnologia de Mumbai e do Instituto Indiano de Tecnologia de Hyderabad projetaram luz que faz mais do que girar. Ele também gira à medida que avança.
Quando esta luz estruturada atinge uma molécula quiral, a interação muda dependendo de como a “torção” da luz corresponde à lateralidade natural da molécula. Isso cria uma diferença mensurável que pode ser usada para identificar qual forma de imagem espelhada está presente.
Quebrando moléculas em fragmentos detectáveis
Os experimentos ocorreram nas instalações de laser do TIFR Hyderabad. Os pesquisadores direcionaram pulsos de laser ultracurtos (algumas centenas de fs) com rotação e torção cuidadosamente controladas em amostras gasosas de R- ou S-Cânfora, uma molécula quiral bem conhecida.
Os pulsos de laser fizeram com que as moléculas se quebrassem em fragmentos carregados. Os cientistas examinaram então esses fragmentos com um espectrómetro de massa de tempo de voo, um instrumento que identifica iões medindo a rapidez com que atingem um detector. Fragmentos mais leves chegam mais cedo que os mais pesados.
A equipe observou um padrão chave. O número de fragmentos produzidos mudou de acordo com a combinação da torção da luz e da lateralidade da molécula. A simples comparação das contagens de fragmentos permitiu aos pesquisadores distinguir as duas formas de imagem espelhada.
Uma maneira mais simples de detectar lateralidade molecular
Os métodos convencionais para detectar a quiralidade geralmente medem diferenças extremamente pequenas na forma como as moléculas absorvem a luz. Outras técnicas rastreiam as direções nas quais os elétrons são emitidos. Essas abordagens podem exigir equipamentos complicados, alinhamento preciso, medições angulares ou detecção de coincidências.
A nova técnica, em vez disso, identifica a quiralidade diretamente por meio de sinais iônicos. Isso reduz a necessidade de medições complexas e aumenta a sensibilidade.
Estudando moléculas sem interferência externa
Os pesquisadores examinaram moléculas na fase gasosa, onde foram separadas de influências externas, como solventes e superfícies. Isso tornou possível observar mais diretamente a interação subjacente entre a luz estruturada e a forma molecular.
A luz distorcida também reforçou a diferença entre os dois enantiômeros. Como resultado, os sinais eram maiores do que aqueles normalmente produzidos pelos métodos ópticos tradicionais.
Combinando luz torcida com moléculas quirais
Os resultados apresentam uma nova forma de “combinar os fios” entre luz e matéria. Ao usar feixes de laser torcidos como sondas, os cientistas poderão identificar a lateralidade molecular com mais facilidade e precisão.
O método poderia criar novas oportunidades em química, biologia e ciência farmacêutica. Nestes campos, selecionar o enantiômero correto pode ser essencial porque duas versões espelhadas da mesma molécula podem ter efeitos biológicos ou médicos muito diferentes.
