Første film af kemikaliers fødsel
Superhurtige filmoptagelser åbner for ultrapræcis kemi
Som de første har en dansk forskergruppe filmet dannelsen af et nyt molekyle ud af to separate kemiske stoffer. Det er en bedrift, der på sigt kan sikre sundere lægemidler, energibesparende kemikalieproduktion og mere effektive kemiske og enzymatiske processer i alt fra renseanlæg til bilers katalysatorer.
Det har ellers været lidt af et mysterium hvad der præcist sker, når to molekyler smelter sammen og skaber en helt ny kemisk forbindelse. Størrelsesskalaen er på milliontedele af en millimeter. Tidsskalaen er på mindre end en milliardendedel af et sekund. Reaktionen er altså umiddelbart for lille til at se, og for hurtig til at måle. Men en forskergruppe fra Danmarks Grundforskningsfonds ”Centre for Molecular Movies” ved Nano-Science Center, Kemisk Institut på Københavns Universitet har formået at lave det man i fagsproget kalder tidsopløst strukturel sporing med røntgenspredning. De har med andre ord lavet en film af molekylernes dans, hvor enkeltbillederne i filmen er på under en milliontedel af et millisekund.
Film af molekylernes tilblivelse kunne godt lyde som noget kemikere og fysikere gør hver dag før morgenmaden. Men ifølge Ph.d. studerende Morten Christensen, der har stået ”bag kameraet” sætter gruppens arbejde nye standarder for feltet.
”Vores artikel er egentlig forsidestof. Vi er de første, der har fulgt en fundamental kemisk reaktion af denne type. I kemisk/fysisk sammenhæng er det virkeligt stærkt,” siger den unge forsker.
Det er relativt nyt, at man kan lave så korte og intense røntgenglimt, som dem gruppen har brugt. Og det er endnu mere usædvanligt at bruge metoden til at filme dannelsen af et nyt molekyle under en kontrolleret kemisk reaktion.
Sammen med fysikeren Kristoffer Haldrup, har Morten Christensen filmet en reaktion de havde styr på. Andre forskergrupper har slået store molekyler i stykker, og observeret, hvordan resterne er flydt sammen.
Gruppen fra Centre for Molecular Movies har selv skabt et fotoaktivt platinmolekyle i laboratoriet på Nano-Science Center under Kemisk Institut i København. Ved at aktivere platinmolekylet med laserlys bliver det i stand til at binde ioner af metallet thallium, og når disse to stoffer mødes i en flydende opløsning danner de et helt nyt molekyle. Efter nogle få mikrosekunder returnerer det nye molekyle til sine to enkeltdele, der så er klar til at reagere på ny. Ifølge Morten Christensen er det helt nyt, på denne måde at kunne styre en reaktion, der kan gå begge veje, og samtidigt følge de strukturelle ændringer i processen live.
I et typisk forsøg optager Christensen og Haldrup mellem 40.000 og 60.000 billeder lig det vedlagte. For det blotte øje er de mange enkeltbilleder stort set identiske. Forskellene er helt ned til en hundrededel procent. Men ved at lade computeren analysere de små bitte forskelle, når forskerne frem til en grafisk kurve, der præcist beskriver hvad der sker, når molekylerne smelter sammen.
Filmoptagelserne er foretaget på den kilometerstore europæiske synkrotronstråle facilitet ESRF i Grenoble, som er et af de tre steder i verden, hvor man kan lave de kraftigste røntgenstråler.
Med over 3500 besøgende forskere om året er synkrotronfaciliteten et ombejlet apparat. Typisk får hvert forskerhold tildelt tre eller fire døgn ved synkrotronen, så når de er der, arbejdes der i døgndrift. Til gengæld har resultaterne af det slidsomme ophold været det hele værd.
”Når vi har færdigudviklet denne her metode, vil vi kunne følge præcist hvordan, og i hvilken rækkefølge atomerne flytter sig rundt, når man inducerer ændringer i molekylers struktur,” Siger Morten Christensen stolt.
Yderligere oplysninger: Journalist Jes Andersen: 2360 1140
Morten Christensen: 5190 6970
Kristoffer Haldrup: 2298 3720
Læs artikel i Ingeniøren 25. juni.
Læs artiklen på videnskab.dk 24. juni
Om artiklen "Structural tracking of bimolecular reaction by time-resolved X-ray scattering" til Angewandte Chemie.