Utilizzando un nuovo metodo, gli scienziati sono in grado di distinguere meglio tra le sostanze dell'immagine speculare. Questo è importante, tra l'altro, nello sviluppo di farmaci, perché le due varianti possono causare effetti completamente diversi nel corpo umano. I ricercatori del PSI, dell'EPFL e dell'Università di Ginevra descrivono il nuovo metodo in Nature Photonics .

Alcune molecole esistono in due forme strutturalmente identiche ma sono immagini speculari l'una dell'altra, come la nostra mano destra e quella sinistra. Questi sono indicati come molecole chirali. Le loro due forme di immagine speculare sono chiamate enantiomeri. La chiralità è particolarmente rilevante nelle molecole biologiche, poiché può causare diversi effetti nel corpo. Pertanto è essenziale in biochimica e tossicologia, nonché nello sviluppo di farmaci, separare gli enantiomeri l'uno dall'altro in modo che, ad esempio, solo la variante desiderata entri in un farmaco. Ora i ricercatori del PSI, dell'EPFL e dell'Università di Ginevra hanno sviluppato congiuntamente un nuovo metodo che consente di distinguere meglio gli enantiomeri, e quindi di separarli meglio l'uno dall'altro:il dicroismo elicoidale nel dominio dei raggi X.

Il metodo attualmente stabilito per distinguere tra enantiomeri è chiamato dicroismo circolare (CD). In questo approccio, la luce con una particolare proprietà, nota come polarizzazione circolare, viene inviata attraverso il campione. Questa luce viene assorbita in misura diversa dagli enantiomeri. Il CD è ampiamente utilizzato nella chimica analitica, nella ricerca biochimica e nell'industria farmaceutica e alimentare. In CD, tuttavia, i segnali sono molto deboli:l'assorbimento della luce di due enantiomeri differisce di poco meno dello 0,1%. Esistono varie strategie per amplificare i segnali, ma sono adatte solo se il campione è disponibile in fase gassosa. La maggior parte degli studi di chimica e biochimica, tuttavia, sono condotti in soluzioni liquide, principalmente in acqua.

Al contrario, il nuovo metodo sfrutta il cosiddetto dicroismo elicoidale, o HD in breve. L'effetto alla base di questo fenomeno si trova nella forma della luce piuttosto che nella sua polarizzazione:il fronte d'onda è curvo in una forma elicoidale.

Alla Swiss Light Source SLS del PSI, i ricercatori sono stati in grado per la prima volta di dimostrare con successo che gli enantiomeri potevano anche essere distinti l'uno dall'altro utilizzando la luce a raggi X elicoidale. Alla linea di luce cSAXS di SLS, lo hanno dimostrato su un campione del complesso metallico chirale ferro-tris-bipiridina in forma di polvere, che i ricercatori dell'Università di Ginevra avevano messo a disposizione. Il segnale che hanno ottenuto è stato di diversi ordini di grandezza più forte di quello che si può ottenere con il CD. HD può essere utilizzato anche in soluzioni liquide e soddisfa quindi un prerequisito ideale per applicazioni nell'analisi chimica.

È stato fondamentale per questo esperimento creare una luce a raggi X con esattamente le giuste proprietà. I ricercatori sono stati in grado di ottenere questo risultato con le cosiddette piastre a zona a spirale, un tipo speciale di lenti a raggi X diffrattive attraverso le quali inviavano la luce prima che colpisse il campione.

"Con le piastre a zona a spirale siamo stati in grado, in un modo molto elegante, di dare alla nostra luce a raggi X la forma desiderata e quindi un momento angolare orbitale. I raggi che creiamo in questo modo sono anche chiamati vortici ottici", afferma Il ricercatore del PSI Benedikt Rösner, che ha progettato e fabbricato le piastre a spirale per questo esperimento.

Jérémy Rouxel, un ricercatore dell'EPFL e il primo autore del nuovo studio, spiega inoltre che "il dicroismo elicoidale fornisce un tipo completamente nuovo di interazione luce-materia. Possiamo sfruttarlo perfettamente per distinguere tra enantiomeri". + Esplora ulteriormente

Monitoraggio della chiralità in tempo reale