Chiralität – die Händigkeit von Molekülen – entscheidet oft über ihre Wirkung. Während eine Molekülvariante lebensrettend sein kann, bleibt ihr Spiegelbild wirkungslos oder schädlich. Bisher war es nur möglich, Chiralität als Durchschnittswert über eine gesamte Probe hinweg zu messen. Forschenden der ETH Zürich um Professor Romain Quidant ist es nun gelungen, mit einer neu entwickelten Methode links- und rechtshändige Strukturen räumlich darzustellen.
Optik mit zirkular polarisiertem Licht
«Mit der neuen Methode können wir erkennen, in welchen Bereichen unserer Probe links- respektive rechtshändige Strukturen auftreten, und dies in einem einzigen Bild», erklärt Rebecca Büchner, Doktorandin und Erstautorin der in «Nature Photonics» publizierten Studie.
Die Technik nutzt zirkular polarisiertes Licht, dessen Wellen spiralförmig nach links oder rechts verlaufen. Viele chirale Moleküle reagieren unterschiedlich auf diese Lichtarten. Statt zwei Messungen zu kombinieren, erfasst die ETH-Methode beide Drehrichtungen gleichzeitig. Ein optischer Aufbau spaltet die Lichtkomponenten in Referenzstrahlen auf, die sich überlagern und dadurch die Chiralität der Probe abbilden.
Potenzial für Materialien und Biologie
«Das grösste Potenzial unserer Methode sehe ich überall dort, wo Chiralität räumlich variiert – und das bisher kaum messbar war», sagt Jaime Ortega Arroyo, Senior Scientist und Mitbetreuer des Projekts. Besonders in der Materialwissenschaft könnten damit Zonen mit unterschiedlicher Händigkeit in einem Werkstoff sichtbar werden.
Auch in der Biologie eröffnet sich ein neues Feld: Gesunde und kranke Gewebe könnten sich nicht nur strukturell, sondern auch in ihrer Chiralität unterscheiden. Damit wären neue Diagnoseansätze denkbar. In der Pharmazie wiederum könnte die Methode helfen, komplexe Gemische besser zu analysieren oder die Wirksamkeit chiraler Medikamente gezielt zu prüfen.
Noch im Forschungsstadium
Die Technologie befindet sich aktuell noch in der Entwicklung. «Unsere grösste Herausforderung war es, das Rauschen im Bild und andere störende Effekte so weit zu senken, dass wir sicher sein konnten, dass die Signale tatsächlich von der Chiralität stammen», erklärt Ortega Arroyo. Künftig soll die Methode empfindlicher werden und in enger Zusammenarbeit mit anderen Forschungsdisziplinen weiterentwickelt werden.
Literatur
Rebecca Büchner, Jose García-Guirado, Jaime Ortega Arroyo, Romain Quidant; "Wide-field spectroscopic imaging of optical activity"; Nature Photonics, 2025-7-28