G艂贸wnym celem naukowym projektu jest stworzenie nowej, prze艂omowej, innowacyjnej techniki, kt贸ra b臋dzie umo偶liwia艂a identyfikacj臋 "chiralno艣ci molekularnej nawet pojedynczej moleku艂y" - m贸wi PAP dr Pawe艂 Krukowski z Katedry Fizyki Cia艂a Sta艂ego Wydzia艂u Fizyki i Informatyki Stosowanej U艁.
Chiralno艣膰 jest to cecha moleku艂 m贸wi膮ca o tym, czy dana moleku艂a i jej odbicie lustrzane s膮 nieidentyczne i r贸偶ni膮 si臋 mi臋dzy sob膮 rozmieszczeniem atom贸w w przestrzeni. Poj臋cie chiralno艣ci jest nierozerwalnie zwi膮zane z poj臋ciem symetrii.
"Z chiralno艣ci膮 mamy do czynienia na ka偶dym poziomie organizacji materii, pocz膮wszy od cz膮steczek, poprzez organizmy 偶ywe, a sko艅czywszy na Wszech艣wiecie. Chiralno艣膰 jest to cecha moleku艂y polegaj膮ca na tym, 偶e je偶eli mamy cz膮steczk臋 wyj艣ciow膮, to lustrzane odbicie tej cz膮steczki jest zawsze inne. Nie jeste艣my w stanie na艂o偶y膰 jednej moleku艂y na drug膮 na drodze 偶adnej operacji translacji ani obrot贸w w przestrzeni. To implikuje bardzo istotne w艂asno艣ci" - wyja艣ni艂 dr Krukowski.
Cech膮 charakterystyczn膮 chiralnych moleku艂 jest ich aktywno艣膰 optyczna. Istnienie chiralno艣ci poci膮ga za sob膮 szereg konsekwencji wynikaj膮cych ze wzajemnego oddzia艂ywania zwi膮zk贸w chiralnych, kt贸re w skr贸cie mo偶na przedstawi膰, jako oddzia艂ywania typu: "pasuje" lub "nie pasuje". Chiralno艣膰 molekularna odgrywa kluczow膮 rol臋 w wielu procesach i zjawiskach chemii fizycznej, biochemii, w badaniach fundamentalnych jak r贸wnie偶 w zastosowaniach aplikacyjnych.
Wed艂ug naukowca, jednym z przyk艂ad贸w ogromnego znaczenia chiralno艣ci molekularnej s膮 leki, gdzie cz臋sto jeden enancjomer jest lekarstwem dla ludzi, a drugi mo偶e by膰 bardzo gro藕n膮 trucizn膮.
Opracowanie nowej techniki - spektroskopii Ramana wzmocnionej ostrzem (ang. TERS - Tip Enhanced Raman Spectroscopy) b臋dzie mo偶liwe poprzez sprz臋偶enie skaningowego mikroskopu tunelowego (STM) istniej膮cego na Uniwersytecie 艁贸dzkim ze spektrometrem Ramana. Projekt badawczy zak艂ada zaprojektowanie, zbudowanie i przetestowanie unikalnego w skali 艣wiatowej spektrometru TERS-STM. "W naszym przypadku wykorzystamy skaningowy mikroskop tunelowy, pracuj膮cy w ultrawysokiej pr贸偶ni w temperaturach kriogenicznych. Da nam to mo偶liwo艣膰 otrzymania doskona艂ej, submolekularnej rozdzielczo艣ci molekularnej na badanych moleku艂ach" - wyja艣ni艂 naukowiec.
"W tym momencie 偶adna technika makroskopowa nie umo偶liwia detekcji chiralno艣ci molekularnej pojedynczej moleku艂y. W przypadku sukcesu stworzymy now膮, innowacyjn膮 technik臋, kt贸ra da nam tak膮 mo偶liwo艣膰, czyli b臋dzie prze艂omem w badaniach chiralno艣ci molekularnej" - oceni艂.
Dzi臋ki tej innowacyjnej technice b臋dzie mo偶liwe wyja艣nienie wielu zagadek wi膮偶膮cych si臋 m.in. z wzajemnym oddzia艂ywaniem chiralnych moleku艂. Badania pomog膮 lepiej zrozumie膰 zasady, kt贸re rz膮dz膮 procesami np.: rozpoznania molekularnego, spontanicznej segregacji czy oddzia艂ywania moleku艂 chiralnych z pod艂o偶em.
W ocenie dra Krukowskiego badania umo偶liwi膮 nowe odkrycia w wielu dziedzinach tj. chemia, fizyka, in偶ynieria materia艂owa, medycyna, elektronika. "Nasze badania mog膮 przyczyni膰 si臋 m.in. do lepszego poznania efektu plazmonowego wzmocnienia sygna艂u, co umo偶liwi lepsze konstruowanie organicznych diod elektroluminescencyjnych OLED, budowanych w oparciu o chiralne moleku艂y" - podkre艣li艂 naukowiec.
Projekt jest rozwini臋ciem bada艅 dra Krukowskiego prowadzonych na dw贸ch renomowanych japo艅skich uniwersytetach - Tokijskim oraz Osakijskim, kt贸re prowadzi艂 podczas 6-letniego sta偶u podoktorskiego. Cz臋艣膰 zada艅 badawczych zostanie zrealizowana we wsp贸艂pracy z grup膮 prof. Yuji Kuwahary z Uniwersytetu Osakijskiego.Naukowiec liczy, 偶e doskona艂a rozdzielczo艣膰 nowej techniki stworzy du偶膮 szans膮 p贸藕niejszej jej komercjalizacji w sektorze aparatury naukowej.
Projekt "Spektroskopia Ramana pojedynczych chiralnych moleku艂 wzmocniona ostrzem skaningowego mikroskopu tunelowego" finansowany jest kwot膮 ponad 1,5 mln z艂 w ramach grantu SONATA BIS Narodowego Centrum Nauki. Jego zako艅czenie planowane jest w po艂owie 2022r.
PAP - Nauka w Polsce
autor: Kamil Szuba艅ski