Gør det nemmere at differentiere spejlbillede-molekyler

Ved hjælp af en ny metode er forskerne bedre i stand til at skelne mellem spejlbillede-stoffer. Dette er vigtigt blandt andet i udviklingen af ​​lægemidler, fordi de to varianter kan forårsage helt forskellige virkninger i den menneskelige krop. Forskere fra PSI, EPFL og University of Geneva beskriver den nye metode i Nature Photonics .

Nogle molekyler eksisterer i to former, der er strukturelt identiske, men er spejlbilleder af hinanden - som vores højre og venstre hånd. Disse omtales som chirale molekyler. Deres to spejlbilleder kaldes enantiomerer. Kiralitet er især relevant i biologiske molekyler, da det kan forårsage forskellige effekter i kroppen. Det er således essentielt i biokemi og toksikologi, såvel som i lægemiddeludvikling, at adskille enantiomerer fra hinanden, så for eksempel kun den ønskede variant kommer ind i et lægemiddel. Nu har forskere fra PSI, EPFL og Universitetet i Genève i fællesskab udviklet en ny metode, der gør det muligt at skelne enantiomerer bedre og dermed bedre adskilles fra hinanden:spiralformet dikroisme i røntgendomænet.

Den nuværende etablerede metode til at skelne mellem enantiomerer kaldes cirkulær dikroisme (CD). I denne tilgang sendes lys med en bestemt egenskab - hvad der er kendt som cirkulær polarisering - gennem prøven. Dette lys absorberes i forskellig grad af enantiomererne. CD er meget udbredt i analytisk kemi, i biokemisk forskning og i den farmaceutiske og fødevareindustri. I CD er signalerne dog meget svage:Lysabsorptionen af ​​to enantiomerer afviger med knap 0,1 procent. Der er forskellige strategier til at forstærke signalerne, men disse er kun egnede, hvis prøven er tilgængelig i gasfasen. De fleste undersøgelser i kemi og biokemi udføres dog i flydende opløsninger, hovedsageligt i vand.

I modsætning hertil udnytter den nye metode såkaldt helical dichroism, eller HD for kort. Effekten, der ligger til grund for dette fænomen, findes i lysets form snarere end dets polarisering:Bølgefronten er buet til en spiralformet form.

Ved Swiss Light Source SLS ved PSI kunne forskerne for første gang med succes vise, at enantiomerer også kunne skelnes fra hinanden ved hjælp af spiralformet røntgenlys. Ved SLS's cSAXS-strålelinje demonstrerede de dette på en prøve af det chirale metalkompleks jern-tris-bipyridin i pulverform, som forskere fra Genève Universitet havde gjort tilgængeligt. Signalet, de opnåede, var flere størrelsesordener stærkere, end hvad der kan opnås med CD. HD kan også bruges i flydende opløsninger og opfylder dermed en ideel forudsætning for anvendelser inden for kemisk analyse.

Det var afgørende for dette eksperiment at skabe røntgenlys med præcis de rigtige egenskaber. Forskerne var i stand til at opnå dette med såkaldte spiralzoneplader, en særlig form for diffraktive røntgenlinser, som de sendte lyset igennem, før det ramte prøven.

"Med spiralzonepladerne var vi i stand til på en meget elegant måde at give vores røntgenlys den ønskede form og dermed et kredsløbsvinkelmoment. De stråler, vi skaber på denne måde, omtales også som optiske hvirvler," siger PSI-forsker Benedikt Rösner, der har designet og fremstillet spiralzonepladerne til dette eksperiment.

Jérémy Rouxel, en EPFL-forsker og den første forfatter til den nye undersøgelse, forklarer yderligere, at "spiralformet dichroisme giver en helt ny form for lys-stof-interaktion. Vi kan udnytte det perfekt til at skelne mellem enantiomerer." + Udforsk yderligere

Sporing af chiralitet i realtid