研究人员在 PSI 的瑞士光源 SLS上成功地证明了使用螺旋 X 射线可以区分对映异构体，对映异构体是互为镜像的分子，分离这些分子与生物化学、毒理学以及药物开发有着非常紧密的联系。图片来源：瑞士保罗谢尔研究所/Benedikt Rösner
科学家们利用一种新的方法能够更好地区分镜像物质，由于这两种变体可以在人体中引起完全不同的影响，所以在药物开发中非常重要，来自 PSI、EPFL 和日内瓦大学的研究人员在《Nature Photonics》期刊上发表了这一新方法。
一些分子存在两种形式，这两种形式在结构上是相同的，但却是彼此的镜像——就像我们的右手和左手一样，这些分子被称为手性分子，它们的两种镜像形式称为对映异构体。由于手性分子可以在体内引起不同的影响，所以与生物分子尤其相关。因此，在生物化学、毒理学以及药物开发中，将对映异构体彼此分离是至关重要的，例如，仅将所需的变体加入到药物中。现在，由 PSI、EPFL 和日内瓦大学组成的联合研究团队开发了一种新方法：X 射线的螺旋二色性，可以更好地区分对映异构体，从而更好地相互分离。
目前已有的区分对映异构体的方法称为圆二色性(CD)，在这种方法中，具有特定特性的光——即所谓的圆偏振光照射穿过样品，光被对映异构体吸收到不同程度。CD 被广泛用于化学分析、生化研究以及制药和食品工业。然而，在 CD 中，信号非常微弱：两种对映体的光吸收相差不到 0.1%，虽然有多种放大信号的方法，但是这些方法仅适用于样品在气相中的情况。然而，大多数化学和生物化学研究都是在液体溶液(主要是在水中)中进行的。相比之下，新方法利用了所谓的螺旋二色性，简称 HD。研究发现这种现象背后的影响在于光的形状而不是其偏振：光的波前被弯曲成螺旋形状。
研究人员在 PSI 的瑞士光源 SLS 上首次成功地证明，使用螺旋 X 射线也可以区分对映异构体。在 SLS 的 cSAXS 光束线上，他们在日内瓦大学研究人员提供的手性三联吡啶类金属配合物粉末样品上证明了这一方法的可靠性。他们获得的信号比 CD 所能达到的信号强了几个数量级。HD 对于液体溶液样品也是适用的，因此为化学分析的应用提供了理想的前提条件。
对于区分对映异构体这个实验来说，产生出具有精确特性的 X 射线是至关重要的。研究人员能够利用所谓的螺旋波带板来实现这一目的，这是一种具有特殊衍射特性的 X 射线透镜，他们在光线照射样品之前将其送入。为本实验设计并制造了螺旋波带板的PSI 研究员 Benedikt Rösner说：“借助这一螺旋波带板，我们能够以一种非常巧妙的方式为我们的 X 射线提供所需的形状，从而使X 射线获得轨道角动量。我们以这种方式产生的光束也被称为光学涡旋。”
本成果的第一作者、EPFL 研究员 Jérémy Rouxel 进一步解释说：“螺旋二色性提供了一种全新的光与物质相互作用，我们可以利用它完美地区分对映异构体。”
