(Phys.org) — Aangezien handen in linker- en rechterversies komen die spiegelbeelden van elkaar zijn, zo ook de aminozuren en suikers in ons. Maar in tegenstelling tot handen, alleen de links georiënteerde aminozuren en de rechts georiënteerde suikers maken ooit het leven zoals wij het kennen.

Wetenschappers weten dat er andere varianten bestaan, want als ze deze aminozuren en suikers in een laboratorium synthetiseren, ongeveer gelijke aantallen links en rechts gerichte arrangementen vormen. Maar het leven geeft er de voorkeur aan. Het is een mysterieus fenomeen dat 'homochiraliteit' wordt genoemd.

Wetenschappers hebben verschillende theorieën over waarom het voorkomt. In bevindingen die de rol onderstrepen die licht mogelijk heeft gespeeld bij zijn oorsprong op aarde, een team onder leiding van een onderzoeker van de Universiteit van Michigan heeft aangetoond dat de rotatierichting van een lichtstraal anorganische nanodeeltjes kan overhalen om zichzelf te assembleren tot links- of rechtshandige draaiende linten. Linkshandige linten draaien tegen de klok in, en rechtshandig met de klok mee.

Onderzoekers hadden eerder getheoretiseerd dat een bepaald type spiraalvormig sterlicht in de chiraliteit zou kunnen zijn opgesloten, of handigheid, van relatief grote biologische, op koolstof gebaseerde moleculen zoals aminozuren en suikers in levende organismen. Het sterrenlicht zou hebben geschenen op de wolk van stof en gas die uiteindelijk de aarde werd.

Het was tot nu toe niet bekend, Hoewel, dat licht een soortgelijk en zeer uitgesproken effect kan hebben op tinier, anorganische nanodeeltjes die niet op koolstof zijn gebaseerd.

"Wat we hebben aangetoond is dat nanodeeltjes van anorganische materialen, net als de organische materialen zoals vroege aminozuren, kan niet alleen zelf monteren, maar kan dit doen op een manier die chiraliteit vertoont, " zei Nicholas Kotov, de Joseph B. en Florence V. Cejka Professor of Engineering en een professor in de chemische technologie, materiaalwetenschap en techniek en moleculaire wetenschap en techniek bij U-M. Kotov is de hoofdauteur van een paper over de bevindingen gepubliceerd in de huidige editie van Natuurmaterialen .

Kotov en zijn collega's schenen circulair gepolariseerd licht op deeltjes cadmiumtelluride in een oplossing. Licht heeft zowel elektrische als magnetische componenten en de polarisatie ervan verwijst naar de oriëntatie van de golven van elke component. In circulair gepolariseerd licht, het elektrische veld roteert rond de magnetische component. Circulair gepolariseerd licht wordt als zeldzaam beschouwd in de natuurlijke wereld, hoewel het misschien niet eerder in het universum was.

In de experimenten, de onderzoekers stelden een groep nanodeeltjes bloot aan linkshandig circulair gepolariseerd licht, die tegen de klok in draaide. Ze stelden de ander bloot aan rechtshandige gepolariseerde, of rechtsom draaiend, licht. In elke groep, ongeveer 30 procent meer van de nanolinten droeg de chiraliteit van het licht waaraan ze werden blootgesteld. Dat percentage is tien keer hoger dan onderzoekers hebben ontdekt dat circulair gepolariseerd licht grotere groepen moleculen beïnvloedt, zei Kotov.

De nanodeeltjes in beide groepen begonnen met gemengde chiraliteit. Sommige deeltjes zijn linkshandig en andere rechtshandig. De onderzoekers theoretiseren dat degenen met een chiraliteit die overeenkomt met het licht dat erop schijnt, met dat licht reageren op manieren waardoor ze groeien, of meer moleculen aantrekken. Als de lichtrotatie overeenkomt met de handigheid van de deeltjes, chemische reacties kunnen optreden, inclusief oxidatie, of verlies van elektronen. Dat elektronenverlies brengt geladen nanodeeltjes in de mix, en die kunnen reageren met andere nanodeeltjes op manieren die meer van hetzelfde bevorderen.

"De chiraliteit stapelt zich op, ' zei Kotov.

Terwijl Kotov zegt dat de eerste levende organismen waarschijnlijk op microschaal waren, hij wijst er snel op dat het werk niet zegt dat nanodeeltjeslinten van welke soort dan ook voorlopers zijn van het leven.

"We weten nog niet hoe de organische moleculen en anorganische nanodeeltjes met elkaar in wisselwerking stonden, " Kotov zei, "of hoe chiraliteit evolueerde om links te worden voor aminozuren en rechts voor suikers. Maar we denken dat de antwoorden niet alleen rekening moeten houden met organische materie, maar ook met deze extra speler van anorganische nanodeeltjes, wat eigenlijk heel belangrijk is."

Voorbij elk inzicht in de structuur van het leven, het onderzoek zou ook een nieuwe en goedkopere manier kunnen tonen om moleculen te construeren die naar links of rechts gericht zijn. Huidige methoden om chiraliteit te induceren, zoals dit proces wordt genoemd, zijn moeilijk en duur, toch hebben ze toepassingen in het maken van dingen zoals medicijnen, draagbare of geïmplanteerde sensoren, telecommunicatie- en beeldschermtechnologieën. Chirale nanostructuren kunnen helpen de informatieve bandbreedte van deze apparaten te verdubbelen met behulp van links en rechts gepolariseerd licht.

Het artikel is getiteld "Chirale sjablonen van zelfassemblerende nanostructuren door circulair gepolariseerd licht." Het onderzoek wordt mede ondersteund door het Centre for Solar and Thermal Energy Conversion, een Energy Frontier Research Center gefinancierd door het Amerikaanse ministerie van Energie; de Nationale Wetenschapsstichting, de nationale gezondheidsinstituten, onder andere bronnen.