Apa perbedaan molekul kidal dan kidal? Para peneliti di ETH Zurich menggunakan metode pencitraan baru untuk memvisualisasikan apa yang sebelumnya hanya diukur sebagai rata -rata, membuka kemungkinan baru untuk ilmu biologi dan material.
Mengapa tombak dan biji jintan berbau sangat berbeda, meskipun molekul aroma utama mereka hampir identik? Mengapa obat dapat menyelamatkan nyawa, sementara citra cerminnya tidak efektif atau bahkan berbahaya? Jawabannya terletak pada kiralitas, “tangan” molekul. Sama seperti tangan kiri dan kanan serupa tetapi tidak dapat ditempatkan di atas satu sama lain, ada versi kiri dan kanan dari banyak molekul. Ini sering memiliki efek yang sama sekali berbeda.
Sebuah tim peneliti di ETH Zurich yang dipimpin oleh Romain Quidant, Profesor Nanofotonik, telah mengembangkan metode yang memungkinkan untuk memvisualisasikan kiralitas secara spasial menggunakan hanya satu gambar. Sampai sekarang, chirality sebagian besar hanya dapat diukur di seluruh sampel, dan hasilnya selalu menjadi nilai rata -rata.
“Dengan metode baru ini, kami dapat menggunakan satu gambar untuk mengidentifikasi area sampel kami di mana struktur kidal dan kidal terjadi,” jelas Rebecca Büchner, seorang kandidat doktor yang bekerja di bawah quidant dan penulis utama penelitian yang diterbitkan dalam jurnal tersebut Fotonik Alam.
Terang sebagai kunci untuk tangan
Untuk penelitian ini, Büchner menggunakan struktur nano emas yang diproduksi secara khusus, yaitu sampel kiral yang diproduksi secara artifisial, yang dibuat oleh Jose García-Guirado, manajer laboratorium dalam kelompok Quidant. Karena itu, Büchner tahu berapa banyak komponen kidal dan kidal yang diharapkan dalam gambar. Untuk membuat kiralitas sampel terlihat, ia menggunakan metode pencitraan yang baru dikembangkan yang berfungsi seperti kamera yang sangat terspesialisasi. Yang membedakannya adalah kemampuannya untuk mendeteksi bagaimana sampel berinteraksi dengan berbagai jenis cahaya terpolarisasi secara melingkar.
Cahaya terpolarisasi melingkar adalah jenis cahaya di mana gelombang cahaya berputar dalam spiral saat mereka bergerak, baik ke kiri atau kanan. Banyak molekul kiral di alam bereaksi berbeda terhadap jenis cahaya ini: mereka menyerap cahaya kidal lebih dari cahaya tangan kanan atau memutar arah osilasi sedikit, misalnya.
Tidak seperti metode tradisional yang membutuhkan dua pengukuran terpisah dengan polarisasi sirkular kanan dan kanan, sistem Büchner menangkap kedua arah spiral sekaligus. Ini menggunakan pengaturan optik yang cerdas: Setelah melewati sampel, lampu dibagi menjadi komponen lingkaran kanan dan kanan menggunakan balok referensi yang membuat pola interferensi. Pola -pola ini mengungkapkan bagaimana setiap jenis cahaya berinteraksi dengan sampel, membuat chirality terlihat.
Kamera normal hanya akan menangkap gambar yang tidak terbaca dari superimposisi ini. Namun, berkat metode baru, komputer dapat membaca informasi secara akurat. Peta kode warna yang dihasilkan menunjukkan bagian mana dari sampel yang kidal dan yang kidal. “Kami bahkan dapat memvisualisasikan surat -surat seperti 'L' dan 'R', yang terdiri dari struktur nano dengan hambatan yang berbeda,” lapor Büchner.
Peluang untuk Biologi dan Ilmu Material
“Saya melihat potensi terbesar untuk metode kami di mana pun chirality bervariasi secara spasial, yang hampir tidak mungkin untuk diukur sampai sekarang,” kata Jaime Ortega Arroyo, ilmuwan senior dan co-supervisor proyek tersebut. Ini adalah masalah yang terkenal, terutama dalam ilmu material: bahan kiral sulit untuk diselesaikan secara spasial, seperti ketika zona yang berbeda dalam suatu bahan memiliki kecenderungan yang berbeda. Metode baru sekarang memungkinkan untuk memvisualisasikan perbedaan ini secara langsung.
Para peneliti juga melihat potensi sampel biologis. Misalnya, jaringan sehat dan sakit mungkin berbeda tidak hanya dalam struktur sel mereka tetapi juga dalam kiralitas mereka. Dengan pendekatan pencitraan, dimungkinkan untuk mendeteksi perbedaan tersebut secara langsung dalam jaringan tanpa pewarnaan atau intervensi mekanis. “Ini berlaku tidak hanya untuk molekul tetapi juga untuk struktur yang lebih besar seperti bagian sel, yang kiralnya hampir tidak dipelajari hingga saat ini,” jelas Büchner.
Ada juga potensi aplikasi di farmasi: banyak obat terdiri dari molekul kiral, hanya satu varian yang efektif. Metode yang mengungkapkan kebersamaan dapat membantu menganalisis campuran kompleks dengan lebih baik atau mengembangkan prosedur diagnostik baru.
Sentuhan akhir di laboratorium
Metode pencitraan baru masih dalam tahap penelitian, dan sinyal yang diukur sejauh ini sedang dan peka terhadap noise. “Tantangan terbesar kami adalah mengurangi kebisingan dan sinyal yang berasal dari artefak dalam gambar sedemikian rupa sehingga kami dapat yakin bahwa sinyal sebenarnya berasal dari kiralitas,” kata Ortega Arroyo.
Sebagai langkah berikutnya, para peneliti ingin membuat sistem lebih sensitif. Mereka masih memiliki jalan panjang sebelum dapat digunakan di dunia nyata. Untuk saat ini, fokusnya adalah mengidentifikasi aplikasi yang sesuai dan mengadaptasi metode yang sesuai. “Kami tahu apa yang dapat dilakukan platform kami, tetapi peneliti lain tahu lebih baik apa yang paling baik digunakan kasus penggunaan lain,” kata Büchner.
Referensi
Büchner R, Garcia-Guirado J, Ortega Arroyo J, Quidant R. Pencitraan spektroskopi bidang lebar dari aktivitas optik. Nature Photonics, Juli 2025. DOI: 10.1038/S41566-025-01722-0.
