合成手性光选择性地与两个手性分子中的某一个分子产生相互作用。参与作用的分子发射出明亮的光，而它的“孪生镜像”则黯淡无光。
手性在化学和生物学领域中有重要的应用价值。研究人员一般以光作为区分左手性分子和右手性分子的快速工具。然而，普通光感测分子旋向性的能力较弱，使得现有光学工具无法满足光学区分的需求。日前，马克思伯恩非线性光学和短脉冲光谱学研究所（MBI）、以色列理工学院和德国柏林工业大学的研究人员在《自然·光子学》杂志中，介绍了一种制造和表征合成手性光的方法。这是一种全新类型的光，它可以非常清晰地识别出分子的旋向性。
与人类的左、右手类似，自然界中的一部分分子也存在“镜像双胞胎”。这两个孪生分子看起来非常相似，但它们的性质却可能完全不同。例如，有的药物分子可以治愈疾病，但它的镜像分子（或称对映体）却有可能是毒药。
手性分子的区分是非常困难的。研究人员通常只能采用间接的方式进行手性区分。长期以来，光一直扮演着“区分者”的角色。电磁场的振荡在空间中沿着光的传播方向“画出”了手性螺旋，根据螺旋的旋转方向，研究人员可以判断出光波是左旋还是右旋。接着，研究人员可以根据手性分子与光波的不同相互作用，判断出分子的旋向性。然而，由波长决定的螺旋螺距比分子尺寸大上千倍，对这些小分子而言，光的螺距好似一个巨大的圆，几乎无法体现出它的手性。
MBI等为此找到了一种创新性的解决方案，他们制造了合成手性光。这种光可以适时地在空间的每个点上“绘制”手性结构。论文第一作者、MBI研究人员David Ayuso博士解释说：“合成手性光的强度是可以调节的，其中一个对映体可以与它产生‘积极’的相互作用，发出明亮的光，而另一个对映体不能与它产生交互，无法产生光响应。”在论文中，科学家们用数学方法描述了合成手性光，并通过模拟的方法测试了模型。此外，他们还展示了如何在实验室条件下调节合成手性光：研究人员将搭载了两种不同频率光波的激光束汇聚在一起，通过调节相移，控制了合成手性光的旋向性，从而选择性地与特定类型的分子产生了强烈的相互作用。论文作者、以色列理工学院博士生Ofer Neufeld说：“合成手性光可以由电磁场中全新的固有对称性来表述，这个结果非常令人兴奋。”
研究人员预测，合成手性光在化学、生物学等方面有多种潜在应用。例如，可将合成手性光用于实时监测手性化学反应。柏林工业大学教授、MBI理论研究组负责人Olga Smirnova博士总结说：“我们还希望采用新方法，利用超快激光对旋性相反的分子进行空间分离。”
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编译：雷鑫宇
审稿：三水
责编：张梦
期刊来源：《自然·光子学》
期刊编号：1749-4885
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