Brainport: fotonische doorbraak maakt detectie chirale moleculen sneller
Eindhoven, maandag, 23 juni 2025.
Onderzoekers in Brainport hebben een nieuwe fotonische techniek ontwikkeld. Deze techniek maakt het mogelijk om chirale moleculen efficiënter te detecteren. De methode gebruikt dielektrische structuren om uniforme superchirale nabije velden te creëren. Hierdoor is de detectie van enantiomeren in kleine hoeveelheden aanzienlijk verbeterd. De nieuwe techniek verhoogt de differentiele absorptie met een factor 24. Deze doorbraak is cruciaal voor de biologie, chemie, farmacie en de halfgeleiderindustrie.
Chirale moleculen en hun belang
Chirale moleculen zijn moleculen die niet identiek zijn aan hun spiegelbeeld [1]. Deze moleculen vertonen verschillende gedragingen in biologische systemen, wat cruciaal is in de structurele biologie, chemie en farmacologie [1]. De detectie en differentiatie van enantiomeren, de spiegelbeeldvormen van chirale moleculen, is van groot belang in diverse wetenschappelijke disciplines [1]. Traditioneel wordt circulair dichroïsme (CD) spectroscopie gebruikt voor enantiomeerdifferentiatie, maar nanophotonica biedt nieuwe mogelijkheden om CD-signalen te versterken bij zichtbare frequenties [1].
Werking van de nieuwe techniek
De nieuwe techniek maakt gebruik van dielektrische nanodeeltjes om sterk chirale nabije velden te creëren [1]. Een dielektrische dimeer, bestaande uit twee sferische siliciumdeeltjes met een diameter van 150 nm, gescheiden door een afstand van 10 nm, wordt geanalyseerd [1]. De optimale structuur voor chirale detectie moet sterke en spectraal overlappende elektrische en magnetische veldcomponenten hebben, die parallel en ruimtelijk overlappend zijn, en een faseverschil van π/2 hebben [1]. De onderzoekers stellen een eenvoudige dielektrische metasurface voor, bestaande uit Kerker-geïnspireerde holey disks met een hoge brekingsindex [1].
Voordelen van dielektrische structuren
Dielektrische dimeren versterken lokale elektrische en magnetische velden en zorgen voor een fasevertraging van π/2 [1]. Het Kerker-effect wordt benut om gelijktijdige elektrische en magnetische dipolen in enkele holey disks te realiseren [1]. Metasurfaces bereiken uniforme chirale nabije velden voor chirale detectie [1]. Deze metasurfaces versterken het differentiële transmissiesignaal van een dunne chirale analyetlaag met meer dan een factor 10 [1]. De nieuwe nanophotonische platform heeft de differentiële transmissie verhoogd met een factor 24 [1].
Toepassingen en toekomstperspectief
De verbeterde chirale detectie heeft brede toepassingen in de wetenschap. Chirale moleculen spelen een cruciale rol in de ontwikkeling van geneesmiddelen, omdat enantiomeren verschillende effecten kunnen hebben op het menselijk lichaam [1]. De mogelijkheid om deze moleculen nauwkeuriger en sneller te identificeren, versnelt het ontwikkelingsproces van nieuwe medicijnen. Daarnaast is de halfgeleiderindustrie gebaat bij deze techniek, omdat chirale moleculen gebruikt worden in geavanceerde materialen en productieprocessen [1]. De nieuwe techniek opent deuren naar efficiëntere kwaliteitscontrole en productinnovatie.
Nederlandse bijdrage en samenwerking
Deze doorbraak in Brainport benadrukt de leidende rol van Nederlandse onderzoeksinstellingen in de nanotechnologie en fotonica. Samenwerkingsverbanden tussen universiteiten, onderzoeksinstituten en bedrijven in de regio stimuleren de ontwikkeling van innovatieve oplossingen voor complexe problemen [GPT]. De combinatie van fundamenteel onderzoek en praktische toepassing zorgt ervoor dat deze technieken snel hun weg vinden naar de industrie. De Nederlandse aanpak, waarbij kennisdeling en open innovatie centraal staan, draagt bij aan de economische groei en het oplossen van maatschappelijke uitdagingen [GPT].