برخی از مولکول ها به دو شکل وجود دارند، به طوری که ساختار آنها و تصاویر آینه ای آنها مانند دست چپ و راست ما روی هم قرار نمی گیرند، این کایرالیته نامیده می شود، این خاصیت مولکول ها به دلیل عدم تقارن آنهاست.
مولکول های کایرال به دلیل نحوه برهمکنش آنها با نور، تمایل به فعال بودن نوری دارند. اغلب اوقات، تنها یک شکل از یک مولکول کایرال در طبیعت وجود دارد، به عنوان مثال، DNA.
جالب توجه است، اگر یک مولکول کایرال به خوبی به عنوان یک دارو عمل کند، تصویر آینه ای آن می تواند برای درمان بی اثر باشد.
تیمی به رهبری شیمیدانان دانشگاه کالیفرنیا، ریورساید، در تلاش برای تولید کایرالیته مصنوعی در آزمایشگاه دریافتند که توزیع میدان مغناطیسی به خودی خود کایرال است. مقاله تحقیقاتی با عنوان "رویکرد مونتاژ مغناطیسی به ابرساختارهای کایرال" در مجله Science منتشر شده است.
یادونگ یین، پروفسور شیمی که این تیم را رهبری می‌کند، گفت: «ما کشف کردیم که خطوط میدان مغناطیسی تولید شده توسط هر آهن‌ربایی، از جمله آهن‌ربای میله‌ای، کایرالیته هستند. علاوه بر این، ما همچنین توانستیم از توزیع کایرال میدان مغناطیسی برای همسان سازی نانوذرات برای تشکیل ساختارهای کایرال استفاده کنیم.»
به طور سنتی، محققان از "قالب سازی" برای ایجاد یک مولکول کایرال استفاده می کردند. ابتدا یک مولکول کایرال به عنوان الگو استفاده می شود. سپس نانوذرات غیر کایرال روی این الگو مونتاژ می‌شوند و به آنها اجازه می‌دهند ساختار مولکول کایرال را تقلید کنند. اشکال این تکنیک این است که نمی توان آن را به طور کلی به کار برد، زیرا به شدت به ترکیب خاص مولکول الگو بستگی دارد. نقص دیگر این است که ساختار کایرال تازه تشکیل شده را نمی توان به راحتی در یک مکان خاص بر روی یک دستگاه الکترونیکی قرار داد.
یین گفت: «اما برای به دست آوردن یک اثر نوری، به یک مولکول کایرال نیاز دارید تا مکان خاصی را در دستگاه اشغال کند. "تکنیک ما بر این اشکالات غلبه می کند. ما قادریم به سرعت ساختارهای کایرال را با مونتاژ مغناطیسی مواد با هر ترکیب شیمیایی در مقیاس های مختلف از مولکول ها تا نانو و ریزساختارها تشکیل دهیم."»
یین توضیح داد که روش تیمش از آهنرباهای دائمی استفاده می کند که به طور مداوم در فضا می چرخند تا کایرالیته ایجاد کنند. وی گفت: انتقال کایرالیته به مولکول‌های غیر کایرال با دوپینگ انجام می‌شود، یعنی ترکیب گونه‌های مهمان مانند فلزات، پلیمرها، نیمه‌رساناها و رنگ‌ها در نانوذرات مغناطیسی مورد استفاده برای القای کایرالیته.
یین گفت که مواد کایرال زمانی که با نور پلاریزه شده برهمکنش می کنند، یک اثر نوری پیدا می کنند. در نور پلاریزه، امواج نور در یک صفحه تک ارتعاش می کنند و شدت کلی نور را کاهش می دهند. در نتیجه، لنزهای پلاریزه در عینک افتابی تابش خیره کننده را به چشمان ما کاهش می دهند، در حالی که لنزهای غیر پلاریزه این کار را نمی کنند.
یین گفت: « اگر میدان مغناطیسی را که ساختار کایرال یک ماده را تولید می‌کند، تغییر دهیم ، می‌توانیم کایرالیته را تغییر دهیم، که رنگ‌های مختلفی ایجاد می‌کند که می‌توان از طریق لنزهای پلاریزه مشاهده کرد. "این تغییر رنگ آنی است. کایرالیته همچنین می تواند با روش ما فوراً ناپدید شود و امکان تنظیم سریع کایرالیتی را فراهم کند." »
این یافته ها می تواند کاربردهایی در فناوری ضد جعل داشته باشد. یک الگوی کایرال که نشان‌دهنده اصالت یک شی یا سند است با چشم غیرمسلح نامرئی است اما وقتی از طریق لنزهای پلاریزه دیده شود قابل مشاهده است. کاربردهای دیگر یافته ها در سنجش و حوزه اپتوالکترونیک است.
Zhiwei Li، نویسنده اول مقاله و دانشجوی فارغ التحصیل سابق در آزمایشگاه یین گفت: «راهکارهای اپتوالکترونیک پیشرفته‌تری می‌توانند با بهره‌گیری از قابلیت تنظیم کایرالیتی که روش ما فراهم می‌کند، تولید شوند. روش ما می‌تواند برای شناسایی سریع مولکول‌های کایرال یا غیر کایرال مرتبط با بیماری‌های خاص مانند سرطان و عفونت‌های ویروسی استفاده شود.»
تیمی از دانشجویان فارغ التحصیل در آزمایشگاه یین، از جمله Qingsong Fan، Zuyang Ye، Chaolumen Wu، و Zhongxiang Wang به یین و لی در این تحقیق پیوستند.
لی اکنون یک محقق فوق دکترا در دانشگاه نورث وسترن در ایلینوی است.
Zhiwei Li et al, A magnetic assembly approach to chiral superstructures, Science (2023).
برای نوشتن دیدگاه وارد حساب کاربری خود شوید.