Att identifiera högerhänta och vänsterhänta molekyler är ett avgörande steg för många tillämpningar inom kemi och läkemedel. Ett internationellt forskarlag (CELIA-CNRS/INRS/Berlin Max Born Institute/SOLEIL) har nu presenterat en ny originell och mycket känslig metod. Forskarna använder laserpulser av extremt kort varaktighet för att excitera elektroner i molekyler till vridande rörelser, vars riktning avslöjar molekylernas handenhet. Forskningsresultaten visas i Naturfysik .

Är du högerhänt eller vänsterhänt? Nej, vi frågar dig inte, kära läsare; vi frågar dina molekyler. Det är självklart att, beroende på vilken hand du använder, dina fingrar lindar antingen åt det ena eller andra hållet runt ett föremål när du tar tag i det. Det händer så att denna handenhet, eller "kiralitet", är också mycket viktig i molekylernas värld. Faktiskt, vi kan hävda att en molekyls handenhet är mycket viktigare än din:vissa ämnen kommer att vara antingen giftiga eller fördelaktiga beroende på vilken "spegel-tvilling" som finns. Vissa läkemedel måste därför uteslutande innehålla den högerhänta eller vänsterhänta tvillingen.

Problemet ligger i att identifiera och separera högerhänta från vänsterhänta molekyler, som beter sig exakt likadant om de inte interagerar med ett annat kiralt objekt. Ett internationellt forskarlag har nu presenterat en ny metod som är extremt känslig för att bestämma molekylernas kiralitet.

Vi har vetat att molekyler kan vara kirala sedan 1800-talet. Det kanske mest kända exemplet är DNA, vars struktur liknar en högerhänt korkskruv. Konventionellt, kiralitet bestäms med hjälp av så kallat cirkulärt polariserat ljus, vars elektromagnetiska fält roterar antingen medurs eller moturs, bildar en höger eller vänster "korkskruv", med axeln längs ljusstrålens riktning. Detta kirala ljus absorberas olika av molekyler med motsatt handenhet. Denna effekt, dock, är liten eftersom ljusets våglängd är mycket längre än storleken på en molekyl:ljusets korkskruv är för stor för att kunna känna av molekylens kirala struktur effektivt.

Den nya metoden, dock, förstärker den kirala signalen kraftigt. "Knepet är att avfyra en mycket kort, cirkulärt polariserad laserpuls vid molekylerna, " säger Olga Smirnova från Max Born Institute. Denna puls är bara några tiondels biljondels sekund lång och överför energi till elektronerna i molekylen, spännande dem till spiralformad rörelse. Elektronernas rörelse följer naturligt en höger- eller vänsterspiral i tiden beroende på hur väl den molekylära strukturen de befinner sig i.

Deras rörelse kan nu undersökas av en andra laserpuls. Denna puls måste också vara kort för att fånga elektronernas rörelseriktning och ha tillräckligt med fotonenergi för att slå ut de exciterade elektronerna ur molekylen. Beroende på om de rörde sig medurs eller moturs, elektronerna kommer att flyga ut ur molekylen längs med eller motsatt laserstrålens riktning.

Detta låter CELIAs experimentister bestämma molekylernas kiralitet mycket effektivt, med en signal 1000 gånger starkare än med den vanligaste metoden. Vad mer, det skulle kunna göra det möjligt för en att initiera kirala kemiska reaktioner och följa dem i tid. Det handlar om att applicera mycket korta laserpulser med precis rätt bärfrekvens. Tekniken är en kulmen på grundforskning inom fysik och har bara varit tillgänglig sedan nyligen. Det kan visa sig vara extremt användbart inom andra områden där kiralitet spelar en viktig roll, såsom kemisk och farmaceutisk forskning.

Efter att ha lyckats identifiera molekylernas kiralitet med sin nya metod, forskarna funderar nu redan på att utveckla en metod för laserseparering av höger- och vänsterhänta molekyler.