Grâce à une nouvelle méthode, les scientifiques sont mieux à même de distinguer les substances à image miroir. Ceci est important entre autres dans le développement de médicaments, car les deux variantes peuvent avoir des effets complètement différents sur le corps humain. Des chercheurs du PSI, de l'EPFL et de l'Université de Genève décrivent la nouvelle méthode en Nature Photonics .

Certaines molécules existent sous deux formes qui sont structurellement identiques mais qui sont des images miroir l'une de l'autre, comme nos mains droite et gauche. Celles-ci sont appelées molécules chirales. Leurs deux formes d'image miroir sont appelées énantiomères. La chiralité est particulièrement pertinente dans les molécules biologiques, car elle peut provoquer différents effets dans le corps. Ainsi, il est essentiel en biochimie et en toxicologie, ainsi que dans le développement de médicaments, de séparer les énantiomères les uns des autres afin que, par exemple, seule la variante souhaitée pénètre dans un médicament. Aujourd'hui, des chercheurs du PSI, de l'EPFL et de l'Université de Genève ont développé conjointement une nouvelle méthode qui permet de mieux distinguer les énantiomères, et donc de mieux les séparer les uns des autres :le dichroïsme hélicoïdal dans le domaine des rayons X.

La méthode actuellement établie pour distinguer les énantiomères est appelée dichroïsme circulaire (CD). Dans cette approche, la lumière avec une propriété particulière, connue sous le nom de polarisation circulaire, est envoyée à travers l'échantillon. Cette lumière est absorbée à un degré différent par les énantiomères. Le CD est largement utilisé en chimie analytique, en recherche biochimique et dans les industries pharmaceutique et alimentaire. Dans CD, cependant, les signaux sont très faibles :l'absorption de la lumière de deux énantiomères diffère d'un peu moins de 0,1 %. Il existe différentes stratégies pour amplifier les signaux, mais celles-ci ne conviennent que si l'échantillon est disponible en phase gazeuse. Cependant, la plupart des études en chimie et biochimie sont réalisées dans des solutions liquides, principalement dans l'eau.

En revanche, la nouvelle méthode exploite ce que l'on appelle le dichroïsme hélicoïdal, ou HD en abrégé. L'effet sous-jacent à ce phénomène se trouve dans la forme de la lumière plutôt que dans sa polarisation :le front d'onde est courbé en une forme hélicoïdale.

Au Swiss Light Source SLS du PSI, les chercheurs ont pu pour la première fois montrer avec succès que les énantiomères pouvaient également être distingués les uns des autres à l'aide de rayons X hélicoïdaux. Sur la ligne de lumière cSAXS de SLS, ils l'ont démontré sur un échantillon du complexe métallique chiral fer-tris-bipyridine sous forme de poudre, que les chercheurs de l'Université de Genève avaient mis à disposition. Le signal qu'ils ont obtenu était de plusieurs ordres de grandeur plus fort que ce qui peut être obtenu avec le CD. HD peut également être utilisé dans des solutions liquides et remplit ainsi une condition préalable idéale pour les applications en analyse chimique.

Il était crucial pour cette expérience de créer une lumière à rayons X avec précisément les bonnes propriétés. Les chercheurs ont pu accomplir cela avec des plaques dites de zone en spirale, un type spécial de lentilles à rayons X diffractives à travers lesquelles ils ont envoyé la lumière avant qu'elle n'atteigne l'échantillon.

"Avec les plaques de zone en spirale, nous avons pu, de manière très élégante, donner à notre lumière à rayons X la forme souhaitée et donc un moment cinétique orbital. Les faisceaux que nous créons de cette manière sont également appelés vortex optiques", explique Le chercheur du PSI Benedikt Rösner, qui a conçu et fabriqué les plaques de zone en spirale pour cette expérience.

Jérémy Rouxel, chercheur à l'EPFL et premier auteur de la nouvelle étude, explique en outre que "le dichroïsme hélicoïdal fournit un tout nouveau type d'interaction lumière-matière. Nous pouvons l'exploiter parfaitement pour distinguer les énantiomères". + Explorer plus loin

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