Vid Swiss Light Source SLS vid PSI har forskare framgångsrikt visat att enantiomerer kan särskiljas från varandra med hjälp av spiralformigt röntgenljus. Enantiomerer är molekyler som är spegelbilder av varandra. Att separera sådana molekyler är relevant inom biokemi och toxikologi, såväl som i läkemedelsutveckling. Kredit:Paul Scherrer Institute/Benedikt Rösner
Med en ny metod kan forskarna bättre skilja mellan spegelbildsämnen. Detta är viktigt bland annat vid läkemedelsutveckling, eftersom de två varianterna kan orsaka helt olika effekter i människokroppen. Forskare från PSI, EPFL och Genèves universitet beskriver den nya metoden i Nature Photonics .
Vissa molekyler finns i två former som är strukturellt identiska men är spegelbilder av varandra - som vår högra och vänstra hand. Dessa kallas kirala molekyler. Deras två spegelbildsformer kallas enantiomerer. Kiralitet är särskilt relevant i biologiska molekyler, eftersom det kan orsaka olika effekter i kroppen. Det är därför väsentligt inom biokemi och toxikologi, såväl som i läkemedelsutveckling, att separera enantiomerer från varandra så att till exempel bara den önskade varianten kommer in i ett läkemedel. Nu har forskare från PSI, EPFL och universitetet i Genève tillsammans utvecklat en ny metod som gör att enantiomerer kan särskiljas bättre, och därmed bättre separeras, från varandra:spiraldikroism i röntgendomänen.
Den för närvarande etablerade metoden för att skilja mellan enantiomerer kallas cirkulär dikroism (CD). I detta tillvägagångssätt sänds ljus med en viss egenskap – det som kallas cirkulär polarisation – genom provet. Detta ljus absorberas i olika utsträckning av enantiomererna. CD används i stor utsträckning inom analytisk kemi, inom biokemisk forskning och inom läkemedels- och livsmedelsindustrin. I CD är signalerna dock mycket svaga:Ljusabsorptionen av två enantiomerer skiljer sig med knappt 0,1 procent. Det finns olika strategier för att förstärka signalerna, men dessa är bara lämpliga om provet är tillgängligt i gasfasen. De flesta studier inom kemi och biokemi utförs dock i flytande lösningar, främst i vatten.
Däremot utnyttjar den nya metoden så kallad spiraldikroism, eller HD för kort. Effekten som ligger bakom detta fenomen återfinns i formen av ljuset snarare än dess polarisering:Vågfronten är krökt till en spiralform.
Vid Swiss Light Source SLS vid PSI kunde forskarna för första gången framgångsrikt visa att enantiomerer också kunde särskiljas från varandra med hjälp av spiralformigt röntgenljus. Vid cSAXS-strållinjen av SLS visade de detta på ett prov av det kirala metallkomplexet järn-tris-bipyridin i pulverform, som forskare från Genèves universitet hade gjort tillgängligt. Signalen de fick var flera storleksordningar starkare än vad som kan uppnås med CD. HD kan även användas i flytande lösningar och uppfyller därmed en idealisk förutsättning för tillämpningar inom kemisk analys.
Det var avgörande för detta experiment att skapa röntgenljus med exakt rätt egenskaper. Forskarna kunde åstadkomma detta med så kallade spiralzonplattor, en speciell sorts diffraktiva röntgenlinser genom vilka de skickade ljuset innan det träffade provet.
"Med spiralzonsplattorna kunde vi på ett mycket elegant sätt ge vårt röntgenljus den önskade formen och därmed en orbital rörelsemängd. Strålarna vi skapar på detta sätt kallas också för optiska virvlar", säger PSI-forskaren Benedikt Rösner, som designade och tillverkade spiralzonplattorna för detta experiment.
Jérémy Rouxel, en EPFL-forskare och den första författaren till den nya studien, förklarar vidare att "spiraldikroism ger en helt ny typ av ljus-materia-interaktion. Vi kan utnyttja den perfekt för att skilja mellan enantiomerer." + Utforska vidare
