Un nuovo effetto fisico è stato dimostrato all'Università di Bath dopo 40 anni di ricerche da parte dei fisici di tutto il mondo, che potrebbe portare a progressi nell'efficienza della produzione chimica, miniaturizzazione e controllo qualità nei prodotti farmaceutici personalizzati.

Per la prima volta il team di ricerca del Dipartimento di Fisica è stato in grado di utilizzare un effetto fisico, in particolare il cambiamento di colore della luce diffusa dalle molecole chirali, per misurare la chiralità presente, confermando le previsioni del lavoro teorico degli anni '70.

La tecnica è 100, 000 volte più sensibile dei metodi standard utilizzati oggi.

La chiralità descrive l'orientamento delle molecole, che possono esistere in forme 'mancini o destrimani' a seconda di come si attorcigliano nelle tre dimensioni. Molte molecole essenziali alla vita, compreso il DNA, aminoacidi e proteine, esibiscono la chiralità e la manualità possono cambiare totalmente la loro funzione o proprietà. Pertanto, conoscere la chiralità di una sostanza è spesso di fondamentale importanza.

Per decenni gli scienziati hanno cercato di dimostrare che è possibile determinare con precisione la chiralità delle molecole misurando un effetto di cambiamento di colore (non lineare) sull'illuminazione con luce contorta (polarizzata circolarmente). In teoria, la luce contorta poteva cambiare colore e quindi diffondersi in modo diverso dalle molecole con mani diverse, ma questo non era mai stato dimostrato sperimentalmente.

Dott. Ventsislav Valev, che guida il gruppo di ricerca nel Dipartimento di Fisica dell'Università di Bath, ha dichiarato:"Abbiamo dimostrato un nuovo effetto fisico, non puoi dirlo tutti i giorni. Questo è esattamente il motivo per cui mi sono dedicato alla scienza.

"Abbiamo iniziato a pensare al problema 13 anni fa, insieme al Prof Thierry Verbiest, a KU Lovanio, Belgio. Poiché l'effetto era così sfuggente, Sapevo che metà della soluzione sarebbe stata sviluppare una configurazione sperimentale molto sensibile. Questo è quello che ho fatto per molti anni. L'altra metà stava trovando i campioni giusti ed ero davvero entusiasta di scoprire le molle d'argento nanoscopiche (nano-eliche) fabbricate dal gruppo del Prof Peer Fischer, al Max Planck Institute for Intelligent Systems, a Stoccarda, Germania."

dottorato di ricerca lo studente Joel Collins ha avuto un momento incredibile durante l'esecuzione di una serie di test su queste molle.

Ha detto:"Ad essere onesti, il mio atteggiamento era quasi 'OK, facciamo in modo che non funzioni e possiamo passare a qualcos'altro'. Quindi, insieme alla mia collega Dott.ssa Kristina Rusimova, abbiamo notato che in realtà sembrava esserci un effetto, e ho pensato 'Hmmmm, Interessante.'

"Abbiamo continuato a ripetere l'esperimento per assicurarci che fosse effettivamente un effetto reale e abbiamo visto che non solo c'è ma è enorme:stavamo usando solo concentrazioni molto basse delle nostre nano-eliche.

"Da parte mia, Non ho davvero riconosciuto quanto sia importante, e mi aspettavo che arrivasse qualcuno e lo facesse a brandelli, per dire - 'non ci hai pensato' o 'questo te lo sei perso'. Ma col tempo mi sono reso conto che questo è in realtà un risultato fantastico".

La geometria sperimentale è infatti abbastanza semplice; le nano-molle vengono disperse in acqua all'interno di un contenitore di vetro dove si diffondono in modo casuale. Quindi un laser è puntato su di loro. La torsione (polarizzazione circolare) del laser viene commutata periodicamente e viene analizzata la luce diffusa dal contenitore a 90° per determinare la chiralità delle molle presenti. La ricerca è pubblicata su Revisione fisica X .

Il dottor Valev ha aggiunto:"Ci sono voluti 40 anni, le persone lo hanno cercato senza successo, e non per mancanza di tentativi. È fantastico. La teoria era piuttosto controversa, la gente pensava che forse l'effetto fosse impossibile da osservare, forse c'era qualcos'altro, bloccandolo.

"Da 200 anni, gli scienziati hanno utilizzato lo stesso metodo per misurare la chiralità. Non è molto sensibile, ma è robusto e semplice, tuttavia, misurazioni precise della chiralità sono diventate un grosso ostacolo per la nanotecnologia chirale creata dall'uomo a causa dei falsi positivi.

"Ora abbiamo un metodo 100, 000 volte più sensibile, esente da falsi positivi. Attualmente sta emergendo un nuovo tipo di processo produttivo. Si chiama "lab-on-a-chip" e il nostro effetto si adatta molto bene ad esso.

"Un test più sensibile significa che puoi utilizzare quantità inferiori nel controllo qualità e ridurre gli sprechi, ci sono applicazioni nella produzione chimica e farmaceutica, così come in microfluidica, nella miniaturizzazione e per lo sviluppo di tecnologie farmaceutiche personali."

Sorgenti laser avanzate, apparecchiature di rilevamento sensibili e tecniche di nanofabbricazione all'avanguardia si sono unite per consentire l'osservazione sperimentale del nuovo effetto.

Professor David Andrews, dell'Università dell'East Anglia, teorizzato l'effetto 40 anni fa. Ha detto:"Il lavoro pionieristico del Dr. Valev è un risultato intelligente e altamente significativo, perché ha realizzato un tipo di applicazione che non avrebbe mai potuto essere immaginata quando la teoria è stata posta per la prima volta, quarant'anni fa.

"I suoi risultati servono da incoraggiamento a tutti i teorici puri!"

Prossimo, i ricercatori utilizzeranno le loro scoperte per caratterizzare le molecole chirali e per sviluppare le sue applicazioni tecnologiche.

Il documento "Prima osservazione dell'attività ottica nello scattering iper-Rayleigh" è pubblicato in Revisione fisica X .