Konstnärens intryck av en tidsupplöst cirkulär dikroismmätning av ett fotoexciterat spin-crossover-komplex. Kredit:Ella Maru Studio, Inc.
Chirala molekyler finns i två former, kallade enantiomerer, som är spegelbilder av varandra och som inte kan läggas över varandra - ungefär som ett par händer. Även om de delar de flesta kemiska och fysikaliska egenskaper, kan enantiomerer ha negativa effekter i (bio)kemiska fenomen. Till exempel kan ett protein eller enzym bara binda en enantiomer form av en målmolekyl. Följaktligen är identifiering och kontroll av kiralitet ofta nyckeln till att designa (bio)kemiska föreningar, t.ex. inom livsmedels-, doft- och läkemedelsindustrin.
En vanligaste teknik för att detektera kiralitet kallas cirkulär dikroism, som mäter hur kirala prover absorberar vänster- och högercirkulärt polariserat ljus på olika sätt för att direkt identifiera par av enantiomerer. Cirkulär dikroism kan också hjälpa till att lösa en molekyls konformation genom dess kirala respons – en egenskap som har gjort den till ett populärt analytiskt verktyg inom (bio)kemiska vetenskaper.
Emellertid har cirkulär dikroism hittills varit begränsad i tidsupplösning och spektralområde. Forskare, ledda av Malte Oppermann i gruppen Majed Chergui vid EPFL, har nu utvecklat ett nytt tidsupplöst instrument som mäter cirkulära dikroismförändringar i bråkdelar av en pikosekund (en biljondels sekund), vilket innebär att det kan ta ultrasnabba ögonblicksbilder av en molekyls kiralitet genom hela dess (bio)kemiska aktivitet. Detta gör det möjligt att fånga kiraliteten hos fotoexciterade molekyler och att lösa konformationsrörelsen som driver omvandlingen av den absorberade ljusenergin.
I ett samarbete med gruppen av Jérôme Lacour vid universitetet i Genève och Francesco Zinna vid universitetet i Pisa, använde forskarna den nya metoden för att undersöka den magnetiska växlingsdynamiken hos så kallade "järnbaserade spin-crossover-komplex"— en viktig klass av metallorganiska molekyler med lovande tillämpningar i magnetiska datalagrings- och bearbetningsenheter. Efter årtionden av forskning har deaktiveringsmekanismen för deras magnetiska tillstånd förblivit olöst, trots dess betydelse för magnetisk datalagring.
Genom att utföra ett tidslöst cirkulär dikroism-experiment upptäckte forskarna att förlusten av magnetisering drivs av en vridning av molekylens struktur som förvränger dess kirala symmetri. Anmärkningsvärt nog kunde teamet också bromsa förfallet av det magnetiska tillståndet genom att undertrycka vridningsrörelsen i modifierade komplex.
"Dessa banbrytande experiment visar att tidsupplöst cirkulär dikroism är unikt lämpad för att fånga den molekylära rörelsen som driver många (bio)kemiska processer", säger Malte Oppermann. "Detta erbjuder ett nytt sätt att undersöka utmanande dynamiska fenomen - till exempel de ultrasnabba rotationerna av syntetiska molekylära motorer och konformationsförändringarna av proteiner och enzymer i deras naturliga flytande miljö."
Studien publiceras i Nature Chemistry . + Utforska vidare
