Onderscheid maken tussen linkshandige en rechtshandige (chirale) moleculen is cruciaal in de chemie en de levenswetenschappen, en wordt gewoonlijk bereikt met behulp van een methode die circulair dichroïsme wordt genoemd. Echter, tijdens biochemische reacties, het chirale karakter van moleculen kan veranderen. EPFL-wetenschappers hebben nu een methode ontwikkeld die gebruik maakt van ultrakorte, diep-ultraviolette pulsen om dergelijke veranderingen nauwkeurig in realtime in biomoleculaire systemen te onderzoeken.

In de natuur, bepaalde moleculen met dezelfde chemische samenstelling kunnen in twee gespiegelde configuraties voorkomen, net als mensenhanden. Deze eigenschap staat bekend als "chiraliteit, " en moleculen met verschillende chiraliteit worden enantiomeren genoemd. Enantiomeren kunnen geheel verschillende chemische of biologische eigenschappen vertonen, en het scheiden ervan is een groot probleem bij de ontwikkeling van geneesmiddelen en in de geneeskunde.

De methode die gewoonlijk wordt gebruikt om enantiomeren te detecteren, is circulair dichroïsme (CD) spectroscopie. Het maakt gebruik van het feit dat licht dat is gepolariseerd in een cirkelvormige golf (zoals een draaikolk) anders wordt geabsorbeerd door linkshandige en rechtshandige enantiomeren. Steady-state CD-spectroscopie is een belangrijk structureel hulpmiddel in (bio)chemische analyse.

Tijdens het functioneren, biomoleculen ondergaan structurele veranderingen die hun chirale eigenschappen beïnvloeden. Door deze in realtime (d.w.z. tussen één picoseconde en één nanoseconde) te onderzoeken, krijgt u een beeld van hun biologische functie, maar dit was een uitdaging in het diep-UV-spectrum (golflengten onder 300 nm) waar de meeste biologisch relevante moleculen zoals aminozuren, DNA- en peptidehelices absorberen licht.

De beperkingen zijn te wijten aan het ontbreken van adequate bronnen van gepulseerd licht en gevoelige detectieschema's. Maar nu, de groep van Majed Chergui van het Lausanne Center for Ultrafast Science (EPFL) heeft een opstelling ontwikkeld om de chirale respons van (bio)moleculen te visualiseren door CD-spectroscopie met een resolutie van 0,5 picoseconde.

De opstelling maakt gebruik van een foto-elastische modulator, dat is een optisch apparaat dat de polarisatie van licht kan regelen. In dit systeem, de modulator maakt shot-to-shot polarisatie-omschakeling van een 20 kHz femtoseconde pulstrein in het diepe UV-bereik (250-370 nm) mogelijk. Het is dan mogelijk om veranderingen in de chiraliteit van moleculen te registreren met variabele tijdsvertragingen nadat ze zijn geëxciteerd met een korte laserpuls.

"Aminozuurresten en DNA-basen absorberen licht onder 300 nm, " zegt Malte Oppermann, de eerste auteur van de krant. "Deze opzet is de eerste die deze regio bestrijkt, en we hebben het met succes getest op een moleculair modelsysteem. Ons volgende doel is om over te gaan naar grotere biosystemen, zoals DNA-oligomeren."