La distinzione tra molecole levogire e destrimane (chirali) è cruciale in chimica e nelle scienze della vita, ed è comunemente ottenuto utilizzando un metodo chiamato dicroismo circolare. Però, durante le reazioni biochimiche, il carattere chirale delle molecole può cambiare. Gli scienziati dell'EPFL hanno ora sviluppato un metodo che utilizza ultracorti, impulsi ultravioletti profondi per sondare con precisione tali cambiamenti in tempo reale nei sistemi biomolecolari.

In natura, certe molecole con la stessa composizione chimica possono esistere in due configurazioni speculari, proprio come le mani umane. Questa proprietà è nota come "chiralità, " e le molecole con diversa chiralità sono chiamate enantiomeri. Gli enantiomeri possono esibire proprietà chimiche o biologiche completamente diverse, e separarli è una questione importante nello sviluppo di farmaci e in medicina.

Il metodo comunemente usato per rilevare gli enantiomeri è la spettroscopia di dicroismo circolare (CD). Sfrutta il fatto che la luce polarizzata in un'onda circolare (come un vortice) viene assorbita in modo diverso dagli enantiomeri levogiri e destrorsi. La spettroscopia CD allo stato stazionario è un importante strumento strutturale nell'analisi (bio)chimica.

Durante il funzionamento, le biomolecole subiscono cambiamenti strutturali che influiscono sulle loro proprietà chirali. Sondarli in tempo reale (cioè tra un picosecondo e un nanosecondo) fornisce una visione della loro funzione biologica, ma questo è stato difficile nello spettro UV profondo (lunghezze d'onda inferiori a 300 nm) dove le molecole più biologicamente rilevanti come gli amminoacidi, Le eliche del DNA e del peptide assorbono la luce.

Le limitazioni sono dovute alla mancanza di adeguate sorgenti di luce pulsata e di schemi di rilevamento sensibili. Ma ora, il gruppo di Majed Chergui presso il Lausanne Center for Ultrafast Science (EPFL) ha sviluppato un setup per visualizzare la risposta chirale di (bio)molecole mediante spettroscopia CD con una risoluzione di 0,5 picosecondi.

Il setup utilizza un modulatore fotoelastico, che è un dispositivo ottico in grado di controllare la polarizzazione della luce. In questo sistema, il modulatore consente la commutazione della polarizzazione da colpo a colpo di un treno di impulsi a femtosecondi da 20 kHz nella gamma dei raggi UV profondi (250-370 nm). È quindi possibile registrare i cambiamenti nella chiralità delle molecole a ritardi temporali variabili dopo che sono state eccitate con un breve impulso laser.

"I residui di amminoacidi e le basi del DNA assorbono la luce al di sotto dei 300 nm, "dice Malte Oppermann, il primo autore dell'articolo. "Questo allestimento è il primo a coprire questa regione, e l'abbiamo testato con successo su un sistema molecolare modello. Il nostro prossimo obiettivo è passare a biosistemi più grandi, come gli oligomeri del DNA."