Banyak molekul hadir dalam dua bentuk yang merupakan bayangan cermin satu sama lain, seperti halnya tangan kiri dan kanan. Meskipun kembaran molekuler ini tampak hampir identik, mereka dapat berperilaku sangat berbeda, khususnya dalam sistem kehidupan dan obat-obatan. Membedakan enantiomer ini (juga disebut molekul kiral) masih menjadi tantangan ilmiah dan teknologi yang besar.
Salah satu cara untuk memahami tangan molekuler adalah dengan menganggapnya sebagai sekrup dan mur. Sekrup tangan kanan cocok dengan ulir tangan kanan, sedangkan sekrup tangan kiri tidak. Para peneliti kini telah menunjukkan bahwa cahaya berbentuk khusus dapat bertindak sebagai jenis probe berulir yang serupa, berinteraksi secara berbeda dengan molekul tergantung pada seberapa manualnya.
Memberikan sentuhan sinar laser
Para ilmuwan dari Tata Institute of Fundamental Research, Indian Institute of Technology Mumbai, dan Indian Institute of Technology Hyderabad telah merancang lampu yang tidak hanya berputar. Itu juga berputar saat bergerak maju.
Ketika cahaya terstruktur ini mengenai molekul kiral, interaksinya berubah bergantung pada bagaimana “putaran” cahaya tersebut sesuai dengan tangan alami molekul tersebut. Hal ini menciptakan perbedaan terukur yang dapat digunakan untuk mengidentifikasi bentuk bayangan cermin yang ada.
Memecah molekul menjadi fragmen yang dapat dideteksi
Percobaan berlangsung di fasilitas laser di TIFR Hyderabad. Para peneliti mengarahkan pulsa laser ultrapendek (beberapa ratus fs) dengan rotasi dan putaran yang dikontrol secara hati-hati pada sampel gas R- atau S-Camphhor, sebuah molekul kiral yang terkenal.
Pulsa laser menyebabkan molekul terpecah menjadi fragmen bermuatan. Para ilmuwan kemudian memeriksa fragmen-fragmen ini dengan spektrometer massa waktu penerbangan, sebuah instrumen yang mengidentifikasi ion-ion dengan mengukur seberapa cepat mereka mencapai detektor. Fragmen yang lebih ringan tiba lebih awal dibandingkan yang lebih berat.
Tim mengamati tren utama. Jumlah fragmen yang dihasilkan berubah tergantung pada kombinasi memutar cahaya dan memanipulasi molekul. Membandingkan jumlah fragmen saja sudah memungkinkan para peneliti membedakan kedua bentuk bayangan cermin tersebut.
Cara yang lebih sederhana untuk mendeteksi manipulasi molekuler
Metode konvensional untuk mendeteksi kiralitas sering kali mengukur perbedaan yang sangat kecil dalam cara molekul menyerap cahaya. Teknik lain melacak arah emisi elektron. Pendekatan ini mungkin memerlukan peralatan yang rumit, penyelarasan yang tepat, pengukuran sudut, atau deteksi kebetulan.
Teknik baru ini mengidentifikasi kiralitas secara langsung melalui sinyal ionik. Hal ini mengurangi kebutuhan pengukuran yang rumit sekaligus meningkatkan sensitivitas.
Pelajari molekul tanpa campur tangan eksternal
Para peneliti memeriksa molekul-molekul dalam fase gas, di mana mereka dipisahkan dari pengaruh luar seperti pelarut dan permukaan. Hal ini memungkinkan interaksi mendasar antara cahaya terstruktur dan bentuk molekul dapat diamati secara lebih langsung.
Cahaya yang terpelintir juga memperkuat perbedaan antara kedua enansiomer tersebut. Hasilnya, sinyal menjadi lebih besar dibandingkan yang biasa dihasilkan oleh metode optik tradisional.
Mencocokkan cahaya bengkok dengan molekul kiral
Hasilnya memperkenalkan cara baru untuk “mencocokkan kabel” antara cahaya dan materi. Dengan menggunakan sinar laser yang dipelintir sebagai probe, para ilmuwan mungkin dapat mengidentifikasi manipulasi molekuler dengan lebih mudah dan tepat.
Metode ini dapat menciptakan peluang baru di bidang kimia, biologi, dan ilmu farmasi. Dalam hal ini, pemilihan enansiomer yang tepat sangatlah penting karena dua versi bayangan cermin dari molekul yang sama dapat mempunyai efek biologis atau medis yang sangat berbeda.
