Το εν λόγω επιστημονικό επίτευγμα έχει προκαλέσει αίσθηση στη διεθνή ερευνητική κοινότητα, αφού ανοίγει νέους δρόμους στην ανάλυση των φαρμάκων, στη μελέτη αναδίπλωσης πρωτεϊνών που σχετίζονται με την κατανόηση του μηχανισμού ασθενειών, όπως Πάρκινσον, Αλτσχάιμερ κ.λπ., δημιουργεί προϋποθέσεις πειραματικού ελέγχου του Καθιερωμένου Μοντέλου στη σωματιδιακή Φυσική και στην Κοσμολογία, στην κατανόηση της σκοτεινής ύλης κ.λπ.
Συνέντευξη με τον καθηγητή Πέτρο Ρακιντζή
•Κύριε Ρακιντζή, τι είναι το φαινόμενο της χειρομορφίας;
Η διάδοση του φωτός έχει πολλές ομοιότητες με τη διάδοση των κυμάτων της θάλασσας. Το ηλεκτρικό πεδίο ταλαντώνεται σε μια διεύθυνση κάθετη στη διεύθυνση της διάδοσης, όπως το νερό ταλαντώνεται πάνω-κάτω, καθώς το κύμα ταξιδεύει πάνω στην επιφάνεια της θάλασσας. Η διεύθυνση της ταλάντωσης του ηλεκτρικού πεδίου ονομάζεται διεύθυνση της πόλωσης. Ωστόσο, μία σημαντική διαφορά είναι ότι στα κύματα της θάλασσας, το νερό μπορεί να κινηθεί μόνο πάνω-κάτω, ενώ στα κύματα του φωτός, το ηλεκτρικό πεδίο μπορεί να ταλαντώνεται πάνω-κάτω, αλλά και δεξιά-αριστερά.
Συνεπώς, το γραμμικά πολωμένο φως μπορεί να είναι πολωμένο είτε στην οριζόντια, είτε στην κάθετη, είτε σε οποιαδήποτε ενδιάμεση διεύθυνση. Το φως του ήλιου, για παράδειγμα, έχει σε περίπου ίσο ποσοστό κάθετη και οριζόντια πόλωση και, μια και δεν υπάρχει μια συγκεκριμένη διεύθυνση πόλωσης, το αποκαλούμε μη πολωμένο. Οταν γραμμικά πολωμένο φως διαδίδεται σε κάποιο μέσο (απουσία εξωτερικών πεδίων), το επίπεδο της πόλωσης μπορεί να περιστραφεί μόνο για έναν λόγο: εάν το μέσο είναι χειρόμορφο.
• Πότε ένα μόριο είναι χειρόμορφο και τι σημαίνει αυτό;
Ενα μόριο είναι χειρόμορφο, εάν δεν μπορεί να ταυτιστεί με την ανάκλαση της εικόνας του σε έναν καθρέφτη, με τον ίδιο τρόπο που τα δύο μας χέρια δεν μπορούν να ταυτιστούν το ένα με το άλλο (ή που ένα δεξί γάντι δεν μπορεί να μπει σε ένα αριστερό χέρι). Κάθε χειρόμορφο μόριο έχει λοιπόν δύο πιθανές μορφές που ονομάζονται εναντιομερή, με το ένα εναντιομερές να αντιστοιχεί στο δεξί χέρι και το άλλο στο αριστερό χέρι. Τα δύο εναντιομερή έχουν σχεδόν τις ίδιες ιδιότητες, εκτός από το γεγονός ότι αλληλεπιδρούν διαφορετικά με το γραμμικά πολωμένο φως: το ένα εναντιομερές στρέφει την πόλωση του φωτός προς τα δεξιά (δεξιόστροφο εναντιομερές) και το άλλο προς τα αριστερά (αριστερόστροφο εναντιομερές).
Η πλειονότητα των βιολογικών μορίων είναι χειρόμορφα, αλλά συνήθως μόνο το ένα εναντιομερές απαντάται στη φύση. Για παράδειγμα, τα σάκχαρα είναι δεξιόστροφα, ενώ τα αμινοξέα και το DNA είναι αριστερόστροφα. Ακόμη μια μορφή χειρομορφίας απαντάται και στις θεμελιώδεις δυνάμεις της φύσης: τρεις από τις τέσσερις θεμελιώδεις δυνάμεις είναι μη χειρόμορφες (βαρύτητα, ηλεκτρομαγνητική και ισχυρή πυρηνική δύναμη), ενώ η τέταρτη, η ασθενής πυρηνική δύναμη, είναι χειρόμορφη και προκαλεί περιστροφή της πόλωσης του φωτός. Ωστόσο, και στις δύο περιπτώσεις, η οπτική περιστροφή είναι ελάχιστη, κοντά στο ένα εκατομμυριοστό της μοίρας, κάτι που προφανώς κάνει τη μέτρησή της πάρα πολύ δύσκολη.
•Εσείς τι καινούργιο αναπτύξατε σε ερευνητικό επίπεδο;
Η ερευνητική μας ομάδα ανέπτυξε και παρουσίασε μια νέα τεχνική πολωσιμετρίας που βασίζεται σε μια οπτική κοιλότητα σε σχήμα παπιγιόν, που υποστηρίζει την ταλάντωση δύο διαφορετικών οπτικών ακτίνων σε αντίθετη διεύθυνση. H ταυτόχρονη ανίχνευση των δύο ακτίνων σε αντίθετη διεύθυνση, καθώς και η εισαγωγή μιας μαγνητικής οπτικής περιστροφής που βασίζεται σε εξωτερικά μαγνητικά πεδία δίνουν τη δυνατότητα μέτρησης της χειρομορφίας σε απόλυτη τιμή, χωρίς να χρειάζεται αφαίρεση του δείγματος και μέτρηση του υποβάθρου. Αυτές οι καινοτομίες επιτρέπουν την απόλυτη μέτρηση της χειρομορφίας σε περιβάλλοντα, όπου η αφαίρεση υποβάθρου δεν είναι εφικτή και όπου τα συμβατικά πολωσίμετρα αποτυγχάνουν.
Για πρώτη φορά έγινε εφικτή η μέτρηση της χειρομορφίας στο μεταβατικό κύμα (evanescent wave) που δημιουργείται κατά την ολική εσωτερική ανάκλαση στην επιφάνεια ενός πρίσματος, σε διαλύματα μαλτοδεξτρίνης ((+)maltodextrin) και φρουκτόζης ((-)fructose). Με χρήση συνεχούς λέιζερ, τα όρια της ευαισθησίας αυτού του νέου πολωσίμετρου θα πρέπει να επιτρέπουν μετρήσεις με ευαισθησία κοντά στο ένα δισεκατομμυριοστό της μοίρας, κάνοντάς το κατά πολλές τάξεις μεγέθους πιο ευαίσθητο από τα σημερινά πολωσίμετρα και ενισχύοντας τις δυνατότητες της ανίχνευσης χειρομορφίας σε πολλούς επιστημονικούς τομείς.
• Κύριε Ρακιντζή, πρακτικά τι προσμένουμε από μια τέτοια ανακάλυψη;
Η μέτρηση της χειρομορφίας σε βιολογικά μόρια προσφέρει τη δυνατότητα της μελέτης της τρισδιάστατης μοριακής δομής, κάτι που βρίσκει σημαντικές εφαρμογές στην ανάλυση φαρμάκων αλλά και στη μελέτη της αναδίπλωσης πρωτεϊνών, γεγονός σημαντικό για την κατανόηση διάφορων ασθενειών (όπως η Αλτσχάιμερ και η Πάρκινσον). Επιπλέον, η μέτρηση της οπτικής περιστροφής από την ασθενή αλληλεπίδραση είναι κεντρικής σημασίας στη σωματιδιακή Φυσική και την Κοσμολογία, καθώς δίνει τη δυνατότητα πειραματικού ελέγχου του Καθιερωμένου Μοντέλου σε χαμηλές ενέργειες και της αναζήτησης καινούργιων σωματιδίων που μπορούν να εξηγήσουν ανεξήγητες μέχρι τώρα ιδιότητες του Σύμπαντος, όπως η σκοτεινή ύλη.