Un nouveau "vortex chiral" de la lumière révèle des images moléculaires en miroir
La toute nouvelle structure de la lumière pourrait aider les développeurs de médicaments à voir leur travail plus clairement qu'auparavant
Une structure entièrement nouvelle de la lumière permet de mesurer la chiralité des molécules avec plus de précision et de robustesse que jamais, ce qui constitue une avancée potentielle majeure pour la médecine.
L'étude publiée dans Nature Photonics a été menée par l'Institut Max Born en collaboration avec le King's College de Londres, l'Imperial College de Londres et l'Università degli Studi di Trieste. L'équipe a créé une structure entièrement nouvelle de la lumière qui trace une courbe chirale au fil du temps. Cette courbe chirale a des formes différentes en différents points de l'espace, formant une structure tourbillonnaire. En interagissant avec les particules chirales qu'il traverse au fil du temps, le nouveau "vortex chiral" constitue une forme de mesure précise et robuste.
La chiralité est une propriété d'asymétrie importante dans plusieurs branches de la science, notamment la physique, la chimie, la biologie et la médecine. De nombreuses molécules, comme les mains humaines, existent en couples : elles ont une version "droitière" et une version "gauchère", qui sont des images miroir l'une de l'autre, mais qui ne peuvent pas être placées l'une sur l'autre pour se ressembler.
La chiralité de la molécule détermine la manière dont elle interagit avec les systèmes biologiques tels que le corps humain. L'équilibre entre les versions gauchères et droites d'une même molécule est rompu dans tous les organismes vivants. Il permet la stabilité des protéines et des processus métaboliques. C'est pourquoi il est si important de distinguer les molécules gauchères des molécules droitières.
"Des recherches de pointe, menées par exemple par mon collègue du Technion, le professeur Herman Wolosker, montrent que la concentration relative des molécules gauchères et droitières peut servir de biomarqueur pour les cancers et les maladies rénales et cérébrales. Prof. Olga Smirnova
Grâce à notre nouvelle méthode, il est possible de détecter un minuscule excès de concentration de l'un ou l'autre des jumeaux miroirs..., ce qui pourrait suffire à changer le cours d'une vie." Dr Nicola Mayer
Les méthodes optiques permettant de distinguer les molécules gauchères des molécules droites sont plus rapides que les méthodes chimiques et offrent la possibilité de détecter des biomarqueurs chiraux. Toutefois, les méthodes optiques traditionnelles se heurtent à un certain nombre de difficultés, notamment la nécessité de disposer d'échantillons de grande taille pour identifier avec précision la gaucherie ou la droiterie, ce qui peut s'avérer très coûteux.
La nouvelle recherche introduit une toute nouvelle structure de la lumière : le champ électrique de la lumière trace une courbe chirale dans le temps, avec une orientation qui change au fur et à mesure que l'on fait le tour du faisceau. Cette variation spatiale de la chiralité crée alors un "vortex chiral".
Lorsque des molécules chirales interagissent avec ce vortex, elles émettent des photons par un processus appelé génération de hautes harmoniques (lauréat du prix Nobel de physique 2023) selon un schéma reconnaissable qui peut être repéré par une expérience.
Lorsqu'une molécule change de main, le modèle de chiralité correspondant tourne dans l'espace. Ce phénomène est détecté par les relevés dans un motif de couleur rotatif qui permet de distinguer la main de la molécule. L'extrême gauche est une molécule gauchère, tandis que celle de droite est droitière, toutes deux avec des motifs très spécifiques.
Lorsque la molécule change de main, le motif correspondant tourne dans l'espace. Cela permet une détection plus précise de l'orientation de l'échantillon, par rapport aux méthodes standard qui reposent sur le champ magnétique relativement faible de la lumière, qui produit un signal beaucoup plus faible.
Nicola Mayer, chercheur postdoctoral dans le groupe du professeur Olga Smirnova à l'Institut Max Born et titulaire d'une bourse de recherche Marie Skłodowska-Curie au King's College de Londres, et premier auteur de l'étude, a déclaré : "Les mesures traditionnelles de la chiralité ont eu du mal à identifier la concentration de molécules droitières et gauchères dans des échantillons contenant des quantités presque égales de ces deux types de molécules. Avec notre nouvelle méthode, il est possible de détecter un minuscule excès dans la concentration de l'un ou l'autre des jumeaux miroirs, par exemple lorsque l'échantillon est composé à 49 % de droitiers et à 51 % de gauchers. Cette méthode peut trouver des applications dans la détection de biomarqueurs chiraux".
"En se concentrant sur la détection d'un motif rotatif de la lumière émise par les molécules, il est beaucoup plus facile de détecter et d'interpréter des différences mineures dans le sens des aiguilles d'une montre d'échantillons dilués. En outre, la nature tourbillonnaire du faisceau laser que nous avons conçu signifie que les signaux que nous recevons sont robustes face aux pièges courants des expériences de chiralité en laboratoire, comme les fluctuations de l'intensité de la lumière, ce qui permet à un plus grand nombre de personnes d'effectuer ce travail.
Cette compréhension peut jeter les bases d'une modification du comportement des électrons et même, à terme, d'une influence sur les réactions chimiques à l'aide de la lumière. Dr Nicola Mayer
"Ces signaux peuvent également fournir un aperçu de la façon dont les électrons se déplacent à l'intérieur des molécules à leur vitesse naturelle. Cette compréhension peut jeter les bases d'une modification du comportement des électrons et même, à terme, d'une influence sur les réactions chimiques avec la lumière.
Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Anglais peut être trouvé ici.
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