24. juni 2009

Første film af kemikaliers fødsel

Superhurtige filmoptagelser åbner for ultrapræcis kemi

Af Jes Andersen

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 for at skabe 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 forstå… Men en forskergruppe fra Danmarks Grundforskningsfonds ”Centre for Molecular Movies” under 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 ganske få milliontedele af et mikrosekund.

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 helt uhørt at bruge metoden til at filme 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 så filmet hvordan resterne er flydt sammen. Gruppen fra Centre for Molecular Movies har selv skabt et platinmolekyle og en thaliumion i laboratoriet på Kemisk Institut i København. Ved at skubbe til platinmolekylet med laserlys kunne de tvinge de to stoffer til at flyde sammen til et helt nyt molekyle. Når så laserlyset blev slukket, gik de fra hinanden igen, og ifølge Morten Christensen er det nyt, at kunne styre en reaktion, der kan gå begge veje.

Filmoptagelserne er foretaget på den 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 synkrotronstrålen et ombejlet apparat. Typisk får hvert forskerhold tildelt tre eller fire døgn ved synkrotronen, så når de er der, skal der arbejdes igennem. Til gengæld har resultaterne af det slidsomme ophold været det hele værd.

”Når vi har færdigudviklet denne her metode, vil vi kunne følge præcist i hvilken rækkefølge atomerne flytter rundt på sig, når man ændrer strukturen i det molekyle atomerne sidder i,” Siger Morten Christensen stolt.

Artiklen "Structural tracking of bimolecular reaction by time-resolved X-ray scattering"er blevet optaget i det anerkendte tidsskrift: ”Angewandte Chemie”.