Que haja ... uma nova luz

Redação do Site Inovação Tecnológica - 05/11/2019

A molécula com a quiralidade que se deseja responde emitindo luz muito brilhante, enquanto o seu "espelho duplo" permanece escuro.
[Imagem: Steven Roberts]

Luz e quiralidade

A luz é a ferramenta mais rápida para distinguir moléculas quirais destras e canhotas, que têm aplicações importantes em química, biologia e medicina. No entanto, a luz comum sente essa lateralidade molecular apenas fracamente.

Por isso, físicos tiveram que descobrir como gerar um tipo inteiramente novo de luz, que eles chamaram de "luz quiral sintética", que identifica a lateralidade das moléculas de maneira excepcionalmente distinta.

Tal como nossas mãos esquerda e direita, algumas moléculas na natureza também têm gêmeos-espelho. No entanto, embora essas moléculas gêmeas possam parecer semelhantes, algumas de suas propriedades podem ser muito diferentes. Por exemplo, enquanto uma molécula com uma determinada lateralidade - ou quiralidade - pode curar uma doença, seu espelho duplo - ou enantiômero - pode ser tóxico ou até letal.

É extremamente difícil distinguir moléculas quirais opostas porque elas parecem idênticas e se comportam de forma idêntica, a menos que elas interajam com outro objeto quiral. A luz sempre foi a candidata perfeita: as oscilações do campo eletromagnético desenham uma hélice quiral no espaço, ao longo da direção de propagação da luz. Dependendo se a hélice gira no sentido horário ou anti-horário, a onda de luz é destra ou canhota. Moléculas quirais podem interagir de maneira diferente com ela.

No entanto, o passo da hélice ao longo de seu caminho, que é definido pelo comprimento de onda da luz, é cerca de mil vezes maior do que o tamanho de uma molécula. Assim, as minúsculas moléculas percebem a hélice da luz como um círculo gigantesco, quase sem sentir sua quiralidade.

A luz quiral sintética é produzida mesclando dois lasers de cores diferentes.
[Imagem: David Ayuso et al. - 10.1038/s41566-019-0531-2]

Luz quiral sintética

David Ayuso e seus colegas descobriram agora uma maneira inovadora de sintetizar um tipo totalmente novo de luz quiral - eles desenham uma estrutura quiral no tempo, em todos os pontos do espaço.

Para "preparar" essa luz em laboratório, a equipe fundiu dois feixes de laser convergentes, formados por ondas de luz de duas frequências diferentes - duas cores. Ajustando a mudança de fase entre as diferentes frequências, a equipe conseguiu controlar a lateralidade dessa luz quiral sintética e, assim, selecionar com que tipo de moléculas ela irá interagir.

"A lateralidade desta nova luz pode ser ajustada de tal maneira que um enantiômero interaja ativamente com ela e emita luz brilhante em resposta, enquanto o enantiômero oposto não irá interagir com ela em nada," explicou Ayuso, do Instituto Max Born de Berlim, na Alemanha.

Os pesquisadores preveem uma variedade de aplicações da luz quiral em química e biologia. Por exemplo, ela poderá monitorar as reações químicas quirais em tempo real ou detectar a alteração na quiralidade das moléculas.

"Também esperamos utilizar essa nova abordagem para separar espacialmente moléculas com lateralidades opostas usando lasers ultra-rápidos," disse a professora Olga Smirnova, da Universidade Técnica de Berlim.

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