Instrumentelle Fortschritte in Vibrationsoptischer Aktivität

Chiralität ist ein wichtiges Konzept in der Chemie, das uns auch im Alltag begegnet. Es beschreibt die Tatsache, dass Objekte nicht spiegelbildlich zueinander passen. Ein klassisches Beispiel sind unsere Hände, die zwar identisch gebaut, aber gedreht sind. Ähnliche Konfigurationen finden sich auch in der biochemischen Welt, was zur Entstehung von Paaren spiegelbildlicher Verbindungen, den sogenannten Enantiomeren, führt. Da der menschliche Körper bevorzugt aus einer einzigen enantiomeren Form besteht, hat Chiralität erhebliche Auswirkungen auf die Entwicklung von Medikamenten sowohl in positiver als auch in potenziell dramatischer Weise. Ein prominentes Beispiel ist das chirale Medikament Thalidomid (oder Contergan), das in den 1950er Jahren speziell für Schwangere als Schlafmittel vermarktet wurde. Tragischerweise führte eines seiner Enantiomere nach der Verarbeitung durch den Körper zu Missbildungen bei den sich entwickelnden Babys. Die Aufsichtsbehörden weltweit haben aus diesem Skandal gelernt, was zur Einbeziehung chiraler Analytik in moderne pharmazeutische Prozesse führte. Eine dieser chiralen Analytiken ist die Raman-optische Aktivität (ROA). Dabei wird das von den getesteten Molekülen gestreute Licht analysiert, wenn diese mit einem Hochleistungslaser, üblicherweise grün, bestrahlt werden. Das gestreute Licht wird moduliert, um den Intensitätsunterschied zwischen links- und rechtshändig zirkular polarisiertem Licht zu erfassen. Leider ist dieser Unterschied sehr gering, in der Größenordnung von 1 in 10000, was lange Messzeiten von bis zu mehreren Tagen erforderlich macht. Eine Möglichkeit, dieses Signal zu verstärken, besteht darin, dass die Probe das einfallende Laserlicht nicht nur streut, sondern auch teilweise absorbiert, wodurch die Intensität der Streuung erhöht wird. Bei Messungen mit kommerziellen Systemen zeigt jedoch nur eine begrenzte Anzahl von Molekülen das notwendige Verhalten für diesen sogenannten Resonanzeffekt. Das vorgeschlagene Projekt zielt darauf ab, ROA durch Innovationen im Instrumentendesign zu verbessern. Durch die Umstellung auf eine ultraviolette Laserquelle profitieren die Messungen von einer Signalverstärkung aufgrund der kürzeren Wellenlängen. Darüber hinaus absorbieren die meisten chemischen Verbindungen in diesem Spektralbereich, wodurch der beschriebene Prozess der resonanten Signalverstärkung noch effektiver und breiter genutzt werden kann. Im Rahmen des Projekts wird das Instrument zur Untersuchung von Proteinen eingesetzt, die wichtige Proben im pharmazeutischen Kontext darstellen. Sie können direkt als Arzneimittel eingesetzt werden, aber auch die Wechselwirkung endogener Proteine mit neuartigen chemischen Verbindungen kann mit dem neuen Instrument detaillierter untersucht werden. Zusammen mit den theoretischen Grundlagen unserer Kooperationspartner wird das neue Instrument Impulse für die Weiterentwicklung der ROA geben und weitere Möglichkeiten für gemeinsame Forschung eröffnen.