Las ondas de luz polarizada giran en el sentido de las agujas del reloj o en el sentido contrario a las agujas del reloj a medida que viajan, siendo una dirección diferente a la otra cuando interactúa con las moléculas. Esta direccionalidad, llamada quiralidad o lateralidad, podría proporcionar una forma de identificar y secuenciar moléculas específicas para su uso en aplicaciones biomédicas, pero los investigadores han tenido un control limitado sobre la dirección de las ondas… hasta ahora.
Utilizando metamateriales, un equipo de investigadores de ingeniería eléctrica de Penn State y la Universidad de Nebraska-Lincoln (UNL) creó un elemento óptico ultrafino que puede controlar la dirección de las ondas de luz electromagnética polarizada. Este nuevo control permite a los investigadores no sólo dirigir la quiralidad de la luz, sino también determinar la quiralidad de las moléculas determinando cómo interactúa la luz polarizada con ellas.
Identificar la expresión de moléculas puede revelar información importante sobre cómo interactuarán con otros sistemas, como por ejemplo si ciertos medicamentos ayudarán a curar el tejido enfermo o dañado sin dañar las células sanas. Los investigadores publicaron sus hallazgos. Comunicaciones de la naturaleza.
La quiralidad se refiere a imágenes especulares, como cuando las manos izquierda y derecha se unen en un apretón de manos, explicó Christos Argiropoulos, profesor asociado de ingeniería eléctrica en Penn State y coautor del artículo. En física, entre otras funciones, la quiralidad afecta a la dirección en la que viajan las ondas luminosas.
Argyropoulos y sus colegas crearon un elemento óptico similar a un portaobjetos de vidrio, que utiliza un bosque de pequeños nanovarillas en forma de antena que se combinan para formar un metamaterial, o material diseñado con propiedades específicas que no se encuentran comúnmente en la naturaleza: curvas de luz controlables. . Las nanobarras de metamateriales aparecen con la forma de la letra “L” cuando se ven a nanoescala.
“Cuando las interacciones luz-materia están mediadas por metamateriales, se pueden obtener imágenes de una molécula y examinar la luz emitida para identificar cómo interactúa con ella”, dijo Argiropoulos.
Los investigadores de la UNL utilizaron un método de fabricación emergente llamado deposición en ángulo de mirada para fabricar un elemento óptico a partir de silicio.
“El silicio no disipa lo suficiente la luz incidente, lo que fue un problema con el metal, que utilizamos en intentos anteriores para crear el elemento”, dijo Ufuk Kilic, profesor de investigación de la UNL y coautor del artículo. “Y el silicio nos permitió ajustar la forma y la longitud de los nanopilares en la plataforma, lo que a su vez nos permitió cambiar la forma en que controlamos la luz”.
Identificar la quiralidad de las moléculas podría tener implicaciones de amplio alcance en la biomedicina, particularmente en los fármacos, que a veces tienen quiralidad derecha o izquierda, explicó Argropoulos. Si bien una estructura molecular diestra puede ser eficaz en el tratamiento de enfermedades, la misma molécula con una estructura zurda puede ser tóxica para las células sanas.
Argyropoulos cita el ejemplo clásico de la talidomida, un fármaco con estructura de cabeza que se recetaba a mujeres entre 1957 y 1962 para tratar las náuseas matutinas. Niños de todo el mundo. El elemento óptico puede obtener imágenes rápidamente de la estructura molecular de los productos farmacéuticos, lo que permite a los científicos comprender mejor los matices del comportamiento de los fármacos, dijo Argiropoulos.
Además, el elemento óptico se puede utilizar para crear ondas electromagnéticas derechas o izquierdas, dijo Argropoulos, que son esenciales para el desarrollo y mantenimiento de sistemas de comunicación clásicos y cuánticos, como Wi-Fi cifrado y servicio de telefonía celular.
“Antes, para los sistemas de comunicación óptica, se necesitaban equipos grandes y pesados que sólo funcionaran en una frecuencia”, dijo Argropoulos. “Este nuevo elemento óptico es liviano y se sintoniza fácilmente a múltiples frecuencias”.
