Novo nelinearno optičko svojstvo sićušnih čestica otkrio je međunarodni tim naučnika predvođen fizičarima sa Univerziteta Bat, sa važnim implikacijama za istraživače koji rade u različitim poljima kao što su tehnologija prikaza, hemijska kataliza i medicina.
Novo svojstvo se vidi kada se svetlost koja prolazi kroz sićušne čestice — po veličini slične talasnoj dužini svetlosti — rasprši u boji koja se razlikuje od boje osvetljenja. Raspršena svetlost je na „frekvenciji drugog harmonika“, što znači da je dvostruko veća od frekvencije svetla.
Studija, objavljena u ACS Nano, imala je za cilj da istražuje Tindalov efekat – fenomen rasejanja svetlosti od čestica koje su veće od nanočestica, ali manje od mikročestica. Čestice ove veličine uključuju viruse i jednoćelijske organizme, kao što su bakterije.
Kada su osvetljene belom svetlošću, takve čestice izgledaju plave (plave oči takođe duguju svoju boju Tindalovom efektu).
Neorganske čestice raspršene u tečnostima su korisne u mnogim primenama, uključujući dodavanje boje bojama i plastici, kreme za UV zaštitu (cink oksid i titanijum dioksid raspršuju ultraljubičastu svetlost, ali propuštaju vidljivu svetlost), katalizu (za ubrzavanje ili omogućavanje hemijskih reakcija) i medicinske terapije (primeri uključuju inkapsuliranje lekova i njihovo isporuku do cilja; selektivno sečenje DNK i ubijanje virusa).
Za sve ove primene, od suštinskog je značaja za istraživače da karakterišu veličinu i oblik čestica, tačno iu realnom vremenu.
Svetlost je najbolji metod za obavljanje takve analize na česticama u vodi, koja je često medijum u kome se drže. Kada su čestice osvetljene, njihova rasejana svetlost sadrži informacije o njihovoj veličini i geometriji.
Nekoliko metoda za analizu veličine čestica zavisi od Tindalovog efekta. Većina metoda se oslanja na slabe izvore svetlosti (obično lampe) i prikupljena rasejana svetlost je iste boje kao i osvetljenje. Druge, sofisticiranije metode se oslanjaju na laserski izvor svetlosti. Nova studija podiže razumevanje naučnika o svetlosti rasejanoj laserom na sledeći nivo.
Objašnjavajući, profesor Vencislav Valev, koji je vodio i tim Bata i studiju, rekao je: „Kada se laser — sa dugim svetlosnim talasom — koristi u Tindalovom eksperimentu, svetlost se može stvoriti u drugoj boji — kratkim talasom — a zatim se raspršiti Nova boja odgovara dvostrukoj svetlosnoj vibraciji od osvetljenja.
„Ovo otkriće je napravljeno 1965. godine u laboratorijama Ford Motor Compani i odnosi se na čestice svih veličina. Ali ako veličina čestice odgovara opsegu Tindalovog efekta, onda se osvetljenje i novostvoreno svetlo mogu bolje razdvojiti u prostoru. U suštini, Tindalov efekat sortira svetlosne talase po veličini.
„Ali jedno geometrijsko svojstvo je ostalo nezapaženo do sada sa ovom novom studijom: kiralnost!“
Hiralnost je osnovno geometrijsko svojstvo na gotovo svim skalama dužine. Kod ljudi i drugih živih organizama, sve funkcionalne aminokiseline su hiralne, kao i šećeri, proteini i tako dalje. Hiralnost se izražava u smeru okretanja molekula (u smeru kazaljke na satu ili suprotno od kazaljke na satu), slično uvijanju spirale DNK.
Za novu studiju, članovi tima iz Sjedinjenih Država su proizveli silicijumske spirale dužine oko 270 nm, što po veličini odgovara nekim virusima, velikim egzozomima i bakteriofagima.
Profesor Valev je rekao: „Otkrili smo da kada osvetlimo ove spirale hiralnom (ili kružno polarizovanom) laserskom svetlošću, rasejana svetlost nam može reći na koji način se silicijumske spirale navijaju.
„Jedan od razloga što je ovo važno je taj što je silicijum najzastupljeniji čvrsti element na Zemlji, tako da svako novo imanje ima potencijal za održive i isplative aplikacije.
„Drugi razlog je taj što je merenje uvijanja (hiralnosti) veoma potrebno za sklapanje neorganskih materijala od nanotehnoloških građevinskih blokova. Važnost je slična onoj u izradi, a zatim u mogućnosti da se izmeri navoj standardizovanog zavrtnja.“
Gledajući unapred, profesor Valev je rekao: „Sada kada imamo osnovu za svojstva pojedinačnih spirala u vodi, sledeća faza je da počnemo da ih modifikujemo i da ih na kraju izgradimo u materijale koji se sami sklapaju“.
Dr. student Ben Olohan, prvi autor istraživačke publikacije, rekao je: „Ključ je da se biološki procesi protežu od molekula do sklopova ćelija i dalje. U poređenju sa skalama dužine Tindalove rasejanja, slični efekti su uočeni za mnogo manje i za mnogo veće čestice.
„Dakle, ovaj efekat skale srednje dužine morao je postojati, ali je ostao neprimećen. Zbog toga sam nastavio da tražim njegovu demonstraciju. Za moj doktorski projekat je veoma zadovoljavajuće što sam pronašao tako ‘kariku koja nedostaje’ u nauci.“
