Melacak Kiralitas secara Real Time

Molekul kiral ada dalam dua bentuk yang dikenal sebagai enansiomer, yang merupakan bayangan cermin satu sama lain dan non-superposable – seperti sepasang tangan. Sementara sebagian besar sifat kimia dan fisik dibagi, enansiomer dapat memiliki efek buruk dalam fenomena (bio)kimia. Misalnya, protein atau enzim hanya dapat mengikat satu bentuk enansiomer dari molekul target. Akibatnya, identifikasi dan pengendalian kiralitas sering menjadi kunci untuk merancang senyawa (bio)kimia, misalnya dalam industri makanan, wewangian, dan farmasi.

Dikroisme melingkar, pendekatan paling populer untuk mengidentifikasi kiral, mengukur bagaimana bahan kiral menyerap cahaya terpolarisasi sirkular kiri dan kanan secara berbeda untuk mengidentifikasi pasangan enansiomer secara langsung. Dikroisme melingkar juga dapat membantu menyelesaikan konformasi molekul melalui respons kiralnya – fitur yang menjadikannya alat analisis populer dalam ilmu (bio)kimia.

Namun, dikroisme melingkar sejauh ini terbatas dalam resolusi waktu dan jangkauan spektral. Para peneliti yang dipimpin oleh Malte Oppermann dalam kelompok Majed Chergui di EPFL, kini telah mengembangkan instrumen baru yang diselesaikan dengan waktu yang mengukur perubahan dikroisme melingkar dalam pecahan picosecond (satu triliun detik), yang berarti bahwa ia dapat "mengambil" snapshot ultracepat kiralitas molekul di seluruh aktivitas (bio)kimianya. Hal ini memungkinkan untuk menangkap kiralitas molekul yang terfotoeksitasi dan untuk menyelesaikan gerakan konformasi yang mendorong konversi energi cahaya yang diserap.

Dalam kolaborasi dengan kelompok Jérôme Lacour di Universitas Jenewa dan Francesco Zinna di Universitas Pisa, para peneliti menggunakan metode baru untuk menyelidiki dinamika peralihan magnet dari apa yang disebut “kompleks spin-crossover berbasis besi” – kelas penting dari molekul metalo-organik dengan aplikasi yang menjanjikan dalam penyimpanan data magnetik dan perangkat pemrosesan. Setelah beberapa dekade penelitian, mekanisme penonaktifan keadaan magnetik mereka tetap belum terselesaikan, meskipun penting untuk penyimpanan data magnetik.

Melakukan eksperimen dichroism melingkar yang diselesaikan dengan waktu, para peneliti menemukan bahwa hilangnya magnetisasi didorong oleh puntiran struktur molekul yang mendistorsi simetri kiralnya. Hebatnya, tim juga mampu memperlambat peluruhan keadaan magnet dengan menekan gerakan memutar di kompleks yang dimodifikasi.

“Eksperimen terobosan ini menunjukkan bahwa dikroisme melingkar yang diselesaikan dengan waktu secara unik cocok untuk menangkap gerakan molekuler yang mendorong banyak proses (bio) kimia,” kata Malte Oppermann. “Ini menawarkan cara baru untuk menyelidiki fenomena dinamis yang menantang – misalnya, rotasi ultracepat dari motor molekuler sintetik, dan perubahan konformasi protein dan enzim di lingkungan cair aslinya.”