Voor de farmaceutische sector, waar het onderscheiden van moleculen met een linker- of rechterdraai dagelijkse kost is, kan een nieuwe methode uit India interessant zijn. Onderzoekers van het Tata Institute of Fundamental Research, het Indian Institute of Technology Bombay en het Indian Institute of Technology Hyderabad hebben aangetoond dat gedraaid laserlicht spiegelbeeldmoleculen van elkaar kan onderscheiden. Het onderzoek verscheen in het wetenschappelijke tijdschrift Science Advances. De methode leest de zogeheten chiraliteit van een molecuul rechtstreeks af uit ionensignalen, wat de meting eenvoudiger zou kunnen maken dan bestaande technieken.
- Onderzoekers uit India onderscheidden spiegelbeeldmoleculen met gedraaid laserlicht.
- Het aantal brokstukken hangt af van de combinatie van de draai van het licht en de handigheid van het molecuul.
- De resultaten zijn gepubliceerd in Science Advances.
Veel moleculen bestaan in twee spiegelbeeldvormen — te vergelijken met een linker- en een rechterhand. Ze zien er identiek uit, maar kunnen zich totaal verschillend gedragen, zeker in biologische systemen en in geneesmiddelen. Deze zogeheten enantiomeren of chirale moleculen van elkaar onderscheiden is al lang een uitdaging in wetenschap en technologie.
De onderzoekers gebruiken een treffende vergelijking: een schroef en een moer. Een rechtsdraaiende schroef past alleen in een rechtsdraaiende schroefdraad; een linksdraaiende schroef grijpt niet goed aan. Op vergelijkbare wijze kan licht zo worden vormgegeven dat het zich als zo’n schroefdraad gedraagt en selectief reageert op de handigheid van een molecuul.
Licht dat niet alleen draait, maar ook wentelt
De studie laat zien dat licht zo kan worden gevormd dat het niet enkel spint, maar ook een draaiing maakt terwijl het zich voortbeweegt. Wanneer dat gedraaide licht in aanraking komt met chirale moleculen, hangt de uitkomst gevoelig af van hoe de “draai” van het licht overeenkomt met de eigen handigheid van het molecuul.
In experimenten aan de laserfaciliteit van TIFR Hyderabad richtten de onderzoekers ultrakorte laserpulsen — van een paar honderd femtoseconden — met een gecontroleerde spin en draai op gasvormige stalen van R- of S-kamfer, een bekend chiraal molecuul. Door die interactie meenden de moleculen uiteen in geladen brokstukken, die vervolgens werden geanalyseerd met een time-of-flight-massaspectrometer. Dat instrument meet hoe snel ionen naar een detector reizen, waardoor hun massa kan worden bepaald: lichtere ionen bereiken de detector sneller.
De cruciale vaststelling: het aantal geproduceerde brokstukken hing af van de combinatie van de draai van het licht en de handigheid van het molecuul.
Door simpelweg die aantallen brokstukken met elkaar te vergelijken, werd het mogelijk om spiegelbeeldmoleculen van elkaar te onderscheiden.
Waarom een eenvoudiger aflezing van chiraliteit uitmaakt
Bestaande technieken om chiraliteit op te sporen steunen vaak op het meten van zeer kleine verschillen in hoe moleculen licht absorberen, of op het volgen van de hoekverdeling van vrijgekomen elektronen. Beide vergen doorgaans complexe opstellingen en een nauwkeurige uitlijning. De nieuwe aanpak leest de chiraliteit daarentegen rechtstreeks af uit de ionensignalen, zonder hoekmetingen of coïncidentiedetectie. Volgens de onderzoekers vereenvoudigt dat de experimentele eisen en verhoogt het tegelijk de gevoeligheid van de meting.
Een ander belangrijk aspect is dat de moleculen in de gasfase worden onderzocht, waar ze afgeschermd zijn van invloeden zoals oplosmiddelen of oppervlakken. Daardoor kan de intrinsieke wisselwerking tussen licht en moleculaire structuur directer worden waargenomen. Het gebruik van gestructureerd licht versterkt die interactie bovendien, wat sterkere verschillen tussen enantiomeren oplevert dan bij klassieke optische methoden gebruikelijk is.
Wat dit kan betekenen voor scheikunde en geneesmiddelen
De bevindingen wijzen op een nieuwe manier om de “schroefdraden” van licht en materie op elkaar af te stemmen, waarbij gedraaide laserbundels dienen als sondes voor de handigheid van moleculen. Dit betekent dat het analyseren van chirale moleculen in scheikunde, biologie en farmaceutische wetenschap mogelijk toegankelijker wordt — vakgebieden waar het herkennen van het juiste enantiomeer vaak van cruciaal belang is. In de geneesmiddelenontwikkeling kan de ene spiegelvorm immers het gewenste effect hebben, terwijl de andere werkloos of zelfs schadelijk is.
Het gaat vooralsnog om laboratoriumonderzoek. Of en hoe snel de techniek haar weg vindt naar routinematige toepassingen, moet verder onderzoek uitwijzen.
Zie jij toepassingen voor deze techniek in de labs of de farmaceutische industrie bij ons? Deel je gedachten hieronder.
