Un nouvel effet physique a été démontré à l'Université de Bath après 40 ans de recherche par des physiciens du monde entier, ce qui pourrait conduire à des progrès dans l'efficacité de la fabrication de produits chimiques, miniaturisation et contrôle qualité en pharmacie personnalisée.

Pour la première fois, l'équipe de recherche du Département de physique a pu utiliser un effet physique - en particulier le changement de couleur de la lumière diffusée par les molécules chirales - pour mesurer la chiralité présente, confirmant les prédictions des travaux théoriques des années 1970.

La technique est 100, 000 fois plus sensible que les méthodes standards utilisées aujourd'hui.

La chiralité décrit l'orientation des molécules, qui peuvent exister sous des formes « gauchers » ou droitiers selon la façon dont ils se tordent en trois dimensions. De nombreuses molécules indispensables à la vie, y compris l'ADN, acides aminés et protéines, présentent une chiralité et la latéralité peut totalement changer leur fonction ou leurs propriétés. Par conséquent, connaître la chiralité d'une substance est souvent d'une importance critique.

Pendant des décennies, les scientifiques ont cherché à prouver qu'il était possible de déterminer avec précision la chiralité des molécules en mesurant un effet de changement de couleur (non linéaire) lors de l'éclairage avec une lumière tordue (polarisée circulairement). En théorie, la lumière tordue pouvait changer de couleur, puis se disperser différemment des molécules à mains différentes, mais cela n'avait jamais été démontré expérimentalement.

Dr Ventsislav Valev, qui dirige le groupe de recherche au Département de physique de l'Université de Bath, a déclaré:"Nous avons démontré un nouvel effet physique - vous ne pouvez pas le dire tous les jours. C'est exactement pourquoi je me suis lancé dans la science.

"Nous avons commencé à réfléchir au problème il y a 13 ans, avec le Pr Thierry Verbiest, à la KU Leuven, La Belgique. Parce que l'effet était si insaisissable, Je savais que la moitié de la solution serait de développer une configuration expérimentale très sensible. C'est ce que j'ai fait pendant de nombreuses années. L'autre moitié était de trouver les bons échantillons et j'étais vraiment excité de découvrir les ressorts en argent nanoscopiques (nano-hélices) fabriqués par le groupe du professeur Peer Fischer, à l'Institut Max Planck des systèmes intelligents, à Stuttgart, Allemagne."

doctorat L'étudiant Joel Collins a vécu un moment incroyable en réalisant une série de tests sur ces ressorts.

Il a déclaré:"Pour être honnête, mon attitude était presque" OK, allons-y pour nous assurer que cela ne fonctionne pas et nous pouvons passer à autre chose ". Ensuite, avec ma collègue Dr Kristina Rusimova, nous avons remarqué qu'il semblait effectivement y avoir un effet, et j'ai pensé 'Hmmmm, C'est intéressant.'

"Nous avons continué à répéter l'expérience pour nous assurer qu'il s'agissait bien d'un effet réel et nous avons vu que non seulement il était là, mais qu'il était énorme - nous n'utilisions que de très faibles concentrations de nos nano-hélices.

"De mon côté, Je n'ai pas vraiment reconnu à quel point c'est important, et s'attendait à ce que quelqu'un vienne le déchirer en lambeaux, dire - "vous n'y avez pas pensé" ou "vous avez raté ça". Mais avec le temps, je me suis rendu compte que c'était en fait un résultat fantastique."

La géométrie expérimentale est en fait assez simple; les nano-ressorts sont dispersés dans l'eau au sein d'un récipient en verre où ils se répandent de manière aléatoire. Ensuite, un laser est pointé sur eux. La torsion (polarisation circulaire) du laser est commutée périodiquement et la lumière diffusée depuis le conteneur à 90° est analysée pour déterminer la chiralité des ressorts présents. La recherche est publiée dans Examen physique X .

Le Dr Valev a ajouté :« Cela a pris 40 ans, les gens l'ont cherché sans succès, et non faute d'avoir essayé. C'est incroyable. La théorie était assez controversée, les gens pensaient que l'effet était peut-être impossible à observer, peut-être qu'il y avait autre chose, le bloquant.

« Depuis 200 ans, les scientifiques ont utilisé la même méthode pour mesurer la chiralité. Ce n'est pas très sensible, mais c'est robuste et simple, cependant, des mesures précises de la chiralité sont devenues un obstacle majeur pour la nanotechnologie chirale fabriquée par l'homme en raison des faux positifs.

"Maintenant, nous avons une méthode 100, 000 fois plus sensible, exempt de faux positifs. Un nouveau type de processus de fabrication est en train d'émerger. C'est ce qu'on appelle "labo-on-a-chip" et notre effet s'y adapte très bien.

"Un test plus sensible signifie que vous pouvez utiliser des quantités inférieures dans le contrôle qualité et réduire les déchets, il y a des applications dans la fabrication chimique et pharmaceutique, ainsi qu'en microfluidique, dans la miniaturisation et pour le développement de technologies pharmaceutiques personnelles."

Sources laser avancées, des équipements de détection sensibles et des techniques de nanofabrication de pointe se sont tous réunis pour permettre l'observation expérimentale du nouvel effet.

Professeur David Andrews, de l'Université d'East Anglia, a théorisé l'effet il y a 40 ans. Il a déclaré :« Le travail de pionnier du Dr Valev est une réalisation intelligente et hautement significative, car il a réalisé une sorte d'application qui n'aurait jamais pu être imaginée lorsque la théorie a été posée pour la première fois, il y a quarante ans.

« Ses résultats servent d'encouragement à tous les théoriciens purs !

Prochain, les chercheurs utiliseront leurs découvertes pour caractériser des molécules chirales et développer leurs applications technologiques.

L'article "Première observation de l'activité optique en diffusion hyper-Rayleigh" est publié dans Examen physique X .