Att skilja mellan vänsterhänta och högerhänta (kirala) molekyler är avgörande inom kemi och biovetenskap, och uppnås vanligtvis med en metod som kallas cirkulär dikroism. Dock, under biokemiska reaktioner, den kirala karaktären hos molekyler kan förändras. EPFL-forskare har nu utvecklat en metod som använder ultrakort, djupa ultravioletta pulser för att noggrant undersöka sådana förändringar i realtid i biomolekylära system.

I naturen, vissa molekyler med samma kemiska sammansättning kan existera i två speglade konfigurationer, ungefär som människohänder. Denna egenskap är känd som "kiralitet, " och molekyler med olika kiralitet kallas enantiomerer. Enantiomerer kan uppvisa helt olika kemiska eller biologiska egenskaper, och att separera dem är en stor fråga inom läkemedelsutveckling och inom medicin.

Metoden som vanligtvis används för att detektera enantiomerer är cirkulär dikroism (CD) spektroskopi. Den utnyttjar det faktum att ljus som polariserats till en cirkulär våg (som en bubbelpool) absorberas olika av vänsterhänta och högerhänta enantiomerer. Steady-state CD-spektroskopi är ett viktigt strukturellt verktyg i (bio)kemisk analys.

Medan du fungerar, biomolekyler genomgår strukturella förändringar som påverkar deras kirala egenskaper. Att undersöka dessa i realtid (dvs. mellan en pikosekund och en nanosekund) ger en bild av deras biologiska funktion, men detta har varit utmanande i djupt UV-spektrum (våglängder under 300 nm) där de flesta biologiskt relevanta molekylerna som aminosyror, DNA- och peptidspiraler absorberar ljus.

Begränsningarna beror på bristen på adekvata källor för pulserat ljus och av känsliga detektionsscheman. Men nu, gruppen Majed Chergui vid Lausanne Center for Ultrafast Science (EPFL) har utvecklat en installation för att visualisera det kirala svaret på (bio) molekyler genom CD -spektroskopi med en upplösning på 0,5 picosekunder.

Installationen använder en fotoelastisk modulator, som är en optisk enhet som kan styra polariseringen av ljus. I detta system, modulatorn tillåter skott-till-skott-polarisationsväxling av ett 20 kHz femtosekunds pulståg i djup-UV-området (250-370 nm). Det är sedan möjligt att registrera förändringar i molekylernas kiralitet med varierande tidsfördröjningar efter att de exciteras med en kort laserpuls.

"Aminosyrarester och DNA -baser absorberar ljus under 300 nm, säger Malte Oppermann, tidningens första författare. "Det här upplägget är det första som täcker denna region, och vi testade det framgångsrikt på ett molekylärt modellsystem. Vårt nästa mål är att gå vidare till större biosystem, som DNA-oligomerer."