光是一个非常强大和精确的工具，使我们能够控制，成形和创建新的物质，光也是区分右手和左手手性分子的最快方法，在化学和生物学中具有重要的应用。
德国马克斯-玻恩非线性光学与超短脉冲光谱学研究所，以色列理工学院和柏林工业大学的研究人员现在已经成功生成和表征一种全新的合成手性光，它可以识别分子的手性异常不同。2019年10月28日出版的《自然·光子学》科学期刊上刊登了这一研究报告。
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手性又称为“对掌性”，表示一种重要的对称特点。举例来说，如果某物体与其镜像不同，则其被称为“手性的”，且其镜像是不能与原物体重合的，就如同左手和右手互为镜像而无法叠合。手性物体与其镜像被称为对映体，在有关分子概念的中也被称为对映异构体。
一种通用性氨基酸结构的两种手性构体
就像我们的左手和右手一样，自然界中的某些分子也具有镜像孪生子。但是，尽管这些孪生分子看起来很相似，但它们的某些特性却可能非常不同。例如，分子的手性在化学，生物学和药物开发中起着至关重要的作用：虽然一种分子可以治愈疾病，但其镜像孪生子或对映异构体可能具有毒性甚至致命。
很难区分彼此相反的手性分子，因为它们看起来相同且行为相同，除非它们与另一个手性对象相互作用。长期以来，光一直是区别两者的理想选择：电磁场的振荡沿着光的传播方向在空间中绘制一个手性螺旋。根据螺旋是顺时针还是逆时针旋转，光波是右旋还是左旋，手性分子可以与之相互作用。但是，由光波长决定的螺旋节距大约是分子大小的一千倍。因此，这些微小分子将轻螺旋形感知为一个巨大的圆圈，根本感觉不到它的手性。
合成一种全新的手性光
科学家们提出了一种解决这一问题的创新方法，即合成一种全新的手性光：一种在空间的每个点上及时绘制手性结构的手性光。马克斯-玻恩非线性光学与超短脉冲光谱学研究所的研究人员戴维·阿尤索博士解释说：“可以通过以下方式调整这种新光的手性：一种对映体将与之互动并发出明亮的光，而另一种对映体则根本不会与之相互作用。”
实际测试应用
科学家们用数学方法描述了这种新的手性光，并通过模拟它与手性分子的相互作用来测试他们的模型。此外，他们展示了如何在实验室中“烹饪”此类光：将两个会聚激光束的激光束融合在一起，这些激光束携带两种不同频率的光波。通过调节不同频率之间的相移，科学家可以控制这种合成手性光的手性，从而选择它将与哪种类型的分子强烈相互作用。
该论文的第二作者，奥弗·诺伊费尔德博士说：“合成手性光通过全新的电磁场固有对称性来描述，这非常令人兴奋。”
研究人员预见了该新方法在化学和生物学领域的各种潜在应用。例如，合成手性光可以允许人们实时监控手性化学反应或检测分子，或者通过超快激光在空间上分离具有相反手性的分子。