Baanbrekende beheersing van chirale moleculen revolutioneert toekomstig onderzoek en medicijnontwikkeling

AmsterdamOnderzoekers van het Fritz Haber Instituut hebben een belangrijke doorbraak bereikt in de moleculaire fysica door ongekende controle over chirale moleculen te verkrijgen. Deze moleculen bestaan in twee vormen, die elkaars spiegelbeelden zijn, en worden enantiomeren genoemd. Ze spelen een cruciale rol in zowel de biologie als de industrie. De mogelijkheid om deze moleculen op kwantumniveau te beheersen is een opmerkelijke prestatie die tot nieuwe wetenschappelijke ontdekkingen kan leiden.

De onderzoekers slaagden erin een 96% zuivere quantumtoestand van één enantiomeer te bereiken, waarbij slechts 4% van de andere enantiomeer was gemengd, door een combinatie van specifieke microgolfvelden en ultraviolet straling te gebruiken. Eerder werd gedacht dat deze precisie theoretisch mogelijk, maar in de praktijk onhaalbaar was. Dit succes was te danken aan bijna perfecte experimentele omstandigheden, waaronder:

• Moleculen afgekoeld tot een rotatietemperatuur van ongeveer 1 graad boven het absolute nulpunt.
• Blootstelling aan resonante UV- en microgolfstraling in drie verschillende interactieregio's.
• Onderdrukte rotatiebewegingen, waardoor maximale controle over de kwantumtoestand mogelijk is.

Deze vooruitgang kan de scheiding van enantiomeren in de gasfase verbeteren en verschillende onderzoeksgebieden beïnvloeden. Zo kan het bijvoorbeeld worden gebruikt om te bestuderen hoe chiral moleculen zich anders gedragen vanwege pariteitsschending, een fenomeen dat nog niet is waargenomen. Het succesvol aantonen hiervan zou ons begrip van fundamentele asymmetrieën in het universum kunnen vergroten.

Lees ook:

Vandaag · 12:24

Groen proces zet plantafval om in vliegtuigbrandstof

Deze techniek kan de ontwikkeling van medicijnen aanzienlijk verbeteren. Veel medicijnen hebben spiegelbeeldige versies, maar meestal werkt er slechts één versie in het lichaam. Traditionele methoden om deze versies te scheiden zijn langzaam en kostbaar. Het beheersen van deze versies op het kleinste niveau kan dit proces versnellen, wat resulteert in zuiverdere en effectievere medicijnen.

Deze ontdekking heeft verstrekkende gevolgen in de chemie en natuurkunde. Het opent nieuwe mogelijkheden voor experimenten met moleculaire bundels, waardoor we beter kunnen begrijpen hoe moleculen met elkaar omgaan en zich gedragen. De nauwkeurige controle met behulp van microgolf- en UV-straling kan leiden tot nieuwe vooruitgangen in de quantum computing. Moleculen met specifieke quantumtoestanden zouden gebruikt kunnen worden als qubits, de basiseenheden van een quantumcomputer.

Onderzoek aan het Fritz Haber Instituut toont aan dat nauwkeurige controle over de overdracht van enantiomeerspecifieke toestanden in chirale moleculen nu praktisch haalbaar is, en niet langer enkel theoretisch. Deze opmerkelijke prestatie zal naar verwachting verder onderzoek en innovatie in diverse wetenschappelijke sectoren stimuleren, wat een belangrijke vooruitgang betekent in de studie en toepassing van chirale moleculen.