Distinguer les molécules gauchers et droitiers (chirales) est cruciale en chimie et en sciences de la vie, et est généralement réalisé en utilisant une méthode appelée dichroïsme circulaire. Cependant, lors de réactions biochimiques, le caractère chiral des molécules peut changer. Les scientifiques de l'EPFL ont maintenant développé une méthode qui utilise l'ultracourt, impulsions ultraviolettes profondes pour sonder avec précision de tels changements en temps réel dans les systèmes biomoléculaires.

Dans la nature, certaines molécules de même composition chimique peuvent exister dans deux configurations en miroir, un peu comme des mains humaines. Cette propriété est connue sous le nom de « chiralité, " et les molécules avec une chiralité différente sont appelées énantiomères. Les énantiomères peuvent présenter des propriétés chimiques ou biologiques entièrement différentes, et les séparer est un problème majeur dans le développement de médicaments et en médecine.

La méthode couramment utilisée pour détecter les énantiomères est la spectroscopie de dichroïsme circulaire (CD). Il exploite le fait que la lumière polarisée en une onde circulaire (comme un tourbillon) est absorbée différemment par les énantiomères gauchers et droitiers. La spectroscopie CD en régime permanent est un outil structurel majeur en analyse (bio)chimique.

En fonctionnement, les biomolécules subissent des changements structurels qui affectent leurs propriétés chirales. Sonder ceux-ci en temps réel (c'est-à-dire entre une picoseconde et une nanoseconde) permet d'avoir une vision de leur fonction biologique, mais cela a été difficile dans le spectre UV profond (longueurs d'onde inférieures à 300 nm) où la plupart des molécules biologiquement pertinentes telles que les acides aminés, L'ADN et les hélices peptidiques absorbent la lumière.

Les limitations sont dues au manque de sources adéquates de lumière pulsée et de schémas de détection sensibles. Mais maintenant, l'équipe de Majed Chergui du Lausanne Center for Ultrafast Science (EPFL) a développé un dispositif pour visualiser la réponse chirale de (bio)molécules par spectroscopie CD avec une résolution de 0,5 picosecondes.

La configuration utilise un modulateur photoélastique, qui est un dispositif optique qui peut contrôler la polarisation de la lumière. Dans ce système, le modulateur permet une commutation de polarisation coup à coup d'un train d'impulsions femtosecondes de 20 kHz dans la gamme des UV profonds (250-370 nm). Il est alors possible d'enregistrer les changements dans la chiralité des molécules à des délais variables après leur excitation avec une courte impulsion laser.

"Les résidus d'acides aminés et les bases d'ADN absorbent la lumière en dessous de 300 nm, " dit Malte Oppermann, le premier auteur de l'article. « Ce dispositif est le premier à couvrir cette région, et nous l'avons testé avec succès sur un système moléculaire modèle. Notre prochain objectif est de passer à des biosystèmes plus vastes, comme les oligomères d'ADN."