Ánh sáng siêu xoắn và triển vọng

Các nhà nghiên cứu ở đại học Glasgow của Anh lần đầu tiên tạo ra "ánh sáng siêu xoắn" (super-twisted light) trong phòng thí nghiệm. Sở dĩ có tên gọi này là vì sự phân cực cao của ánh sáng và có thể dùng nó để dò các phân tử sinh vật trong dung dịch. Hơn nữa, ánh sáng siêu xoắn còn giúp các nhà khoa học nghiên cứu vai trò của protein trong các chứng bệnh thoái hóa thần kinh như Alzheimer hoặc Parkinson.

Hầu hết các phân tử sinh học đề có một kiểu chiral¹ nhất định (thuận (tay) trái hoặc thuận (tay) phải). Tính chất này có thể được dùng để dò tìm các phân tử sinh vật trong kỉ thuật ghi phổ "quang chiral" (chiroptical spectroscopic techniques) như tán sắc quay quang học, biến đổi lưỡng sắc hay hành xử quang Raman. Trong thí nghiệm này, các nhà khoa học tiến hành đo sự sai lệch của độ phân cực ánh sáng khi ánh sáng tương tác với các mẫu chiral. Cũng kiểu như chiral, các vec-tơ điện trường của ánh sáng sẽ quay xung quanh hướng truyền sáng tạo nên các xoắn ốc quay trái hoặc quay phải.

Mặc dù rất triển vọng về mặt ứng dụng nhưng kỉ thuật này tỏ ra không nhạy, vì hiệu ứng quang chiral khá yếu. Do đó, kỉ thuật này chỉ được dùng để nghiên cứu các mẫu có mật độ phân tử tương đối lớn. Gần đây, các nhà nghiên cứu đã đề xuất ý tưởng sử dụng ánh sáng siêu xoắn trong kỉ thuật này để cải thiện độ nhạy của thí nghiệm. Tuy nhiên, làm thế nào để tạo ra ánh sáng có độ xoắn cao như mong muốn này?

Chữ thập bằng vàng!

Malcolm Kadodwala và đồng sự đã tạo được ánh sáng siêu xoắn bằng cách chiếu ánh sáng thông thường vào một vật liệu đặc biệt được làm từ các hạt nano vàng có tính chiral. vật liệu này gồm các hạt vàng được sắp theo hình chữ thập xoáy trái hoặc phải (xem hình), dài 400nm, bề dày 100nm, được kết dính trên một bề mặt kính.

Ánh sáng tạo thành cho phép các nhà nghiên cứu dò được các protein cỡ pico-gam (10^-12g), nghĩa là khoảng một triệu lần nhạy hơn so với kỉ thuật quang chiral được dùng hiện nay. "Chúng tôi rất phấn khích về kết quả," Kadodwala cho biết. "Ánh sáng này không tồn tại trong tự nhiên, cho phép chúng ta dò được các phân tử sinh vật trong dung dịch có nồng độ (phân tử sinh vật) thấp chưa từng thây."

Ánh sáng này tỏ ra hiệu quả trong việc dò tìm các protein amyloid, là các phân tử không thể hòa tan, dính lại với nhau tạo thành mảng. Các mảng này được cho là chịu trách nhiệm cho các căn bệnh về thoái hóa não. "Thực tế, ánh sáng siêu xoắn rất nhạy với các cấu trúc bậc hai của protein, hay cấu trúc beta," theo như Kadodwala cho biết. "Cấu trúc beta được tìm thấy trong lớp protein khoác ngoài của vi-rut và trong các sợi amyloid.

Công trình này được đăng trên Nature Nanotechnology doi:10.1038/nnano.2010.209.

Theo Physicsworld.com