偏振光波在传播时顺时针或逆时针旋转，当与分子相互作用时，一个方向的行为与另一个方向不同。这种方向性被称为手性或旋向性，可以提供一种识别和分类生物医学应用中使用的特定分子的方法，但到目前为止，研究人员对波的方向的控制有限。
宾夕法尼亚州立大学和内布拉斯加大学林肯分校 (UNL) 的电气工程研究团队利用超材料制作出一种超薄光学元件，可以控制偏振电磁光波的方向。这种新控制方法不仅使研究人员能够控制光的手性，还能通过确定偏振光如何与分子相互作用来识别分子的手性。
识别分子的手性可以揭示有关它们如何与其他系统相互作用的关键信息，例如特定药物是否有助于治愈患病或受损的组织而不伤害健康细胞。研究人员已在《自然通讯》上发表了他们的发现。
宾夕法尼亚州立大学电气工程系副教授、该论文的共同通讯作者克里斯托斯·阿吉罗普洛斯 (Christos Argyropoulos) 解释说，手性指的是镜像，就像握手时左右手结合在一起一样。在物理学中，手性影响光波旋转的方向。
Argyropoulos 和他的同事制造了一种类似于载玻片的光学元件，它使用了一系列微小的天线状纳米棒，这些纳米棒共同创造了一种超材料(或被设计为具有自然界中通常不存在的特定属性的材料)，能够控制旋转光。当在纳米尺度上观察时，超材料纳米棒的形状看起来像字母“L”。
阿吉罗普洛斯说： “当光与物质的相互作用是由超材料介导时，你可以对分子进行成像，并通过检查手性光如何与分子相互作用来识别其手性。”
UNL 的研究人员使用一种称为掠射角沉积的新兴制造方法来制造硅光学元件。
内布拉斯加州大学的研究教授、该论文的共同通讯作者乌福克·基利奇 (Ufuk Kilic) 表示： “硅并不能显着消散金属带来的问题，而金属是有问题的，而我们之前曾尝试使用金属来制造这种元素。” “硅使我们能够调整平台上纳米柱的形状和长度，这反过来又使我们能够改变控制光的方式。”
Argyropoulos 解释道，识别分子的手性会对生物医学产生广泛影响，尤其是对有时具有右手性或左手性的药物。右手性分子结构可以有效治疗疾病，而具有左手性结构的相同分子则可能对健康细胞产生毒性。
Argyropoulos 提到了沙利度胺的经典例子，这是一种具有手性结构的药物，在 1957 年至 1962 年间被开给妇女用于治疗孕吐。这种右手分子可以缓解恶心，但对发育中的胎儿具有剧毒，并导致数千名出生缺陷。世界各地的婴儿。
Argyropoulos 说，光学元件可以快速成像药物的分子结构，使科学家能够更好地了解药物行为的细微差别。
此外，该光学元件还可用于产生右手或左手电磁波，Argyropoulos 表示，这对于开发和维护经典和量子通信系统(例如加密 Wi-Fi 和手机服务)是必要的。
“以前，对于光通信系统，您需要仅在一种频率下运行的大型设备，”Argyropoulos 说。 “这种新的光学元件重量轻，并且可以轻松调谐到多个频率。”