La lumière laser torsadée pour distinguer les molécules en miroir
De nombreuses molécules existent sous deux formes, qui sont des images miroir l’une de l’autre, à l’instar des mains gauche et droite. Bien que ces jumeaux moléculaires puissent sembler presque identiques, leur comportement peut varier de manière significative, en particulier dans les systèmes vivants et en médecine. La distinction entre ces énantiomères, également appelés molécules chirales, représente un défi majeur sur les plans scientifique et technologique.
Pour comprendre la notion de « main » moléculaire, on peut comparer cela à une vis et un écrou. Une vis à droite s’adapte à un écrou à droite, tandis qu’une vis à gauche ne s’y adapte pas. Des chercheurs ont démontré que des lumières spécialement façonnées peuvent agir comme une sonde de type vis, interagissant différemment avec les molécules en fonction de leur orientation chirale.
La torsion de la lumière laser
Des scientifiques du Tata Institute of Fundamental Research, de l’Indian Institute of Technology à Mumbai et de l’Indian Institute of Technology à Hyderabad ont conçu une lumière qui ne se contente pas de tourner, mais qui se tord également en avançant. Lorsque cette lumière structurée frappe une molécule chirale, l’interaction varie en fonction de la correspondance entre la « torsion » de la lumière et l’orientation naturelle de la molécule. Cela crée une différence mesurable permettant d’identifier la forme miroir présente.
Fragmentation des molécules détectables
Les expériences ont eu lieu dans les installations laser de TIFR Hyderabad. Les chercheurs ont dirigé des impulsions laser ultracourtes (quelques centaines de femtosecondes) avec un spin et une torsion soigneusement contrôlés sur des échantillons gazeux de R- ou S-Camphor, une molécule chirale bien connue. Les impulsions laser ont provoqué la fragmentation des molécules en fragments chargés. Ces fragments ont ensuite été analysés à l’aide d’un spectromètre de masse à temps de vol, un instrument qui identifie les ions en mesurant leur temps d’arrivée à un détecteur.
L’équipe a observé un schéma clé : le nombre de fragments produits variait selon la combinaison de la torsion de la lumière et l’orientation de la molécule. En comparant simplement les comptes de fragments, les chercheurs ont pu différencier les deux formes miroir.
Une méthode simplifiée pour détecter la chiralité moléculaire
Les méthodes conventionnelles de détection de la chiralité ment souvent des différences extrêmement petites dans l’absorption de la lumière par les molécules. D’autres techniques suivent les directions d’émission des électrons, nécessitant souvent des équipements complexes et des mes précises. La nouvelle méthode identifie la chiralité directement à travers les signaux ioniques, réduisant ainsi le besoin de mes compliquées tout en augmentant la sensibilité.
Étude des molécules sans interférences extérieures
Les chercheurs ont étudié les molécules en phase gazeuse, les séparant des influences extérieures telles que les solvants et les surfaces. Cela a permis d’observer plus directement l’interaction entre la lumière structurée et la forme moléculaire. La lumière torsadée a également renforcé la différence entre les deux énantiomères, produisant des signaux plus importants que ceux généralement observés avec des méthodes optiques traditionnelles.
Conclusion
Les résultats ouvrent une nouvelle voie pour « faire correspondre les fils » entre la lumière et la matière. En utilisant des faisceaux laser torsadés comme sondes, les scientifiques pourraient identifier plus facilement et avec précision l’orientation moléculaire. Cette méthode pourrait offrir de nouvelles opportunités dans les domaines de la chimie, de la biologie et de la science pharmaceutique, où le choix de l’énantiomère correct est crucial, car deux versions miroir d’une même molécule peuvent avoir des effets biologiques ou médicaux très différents.
Source : Tata Institute of Fundamental Research, Indian Institute of Technology Mumbai, Indian Institute of Technology Hyderabad.
