Højeffektslasersystem genererer ultrakorte lysimpulser, der dækker en stor del af det melleminfrarøde spektrum

Molekyler er livets byggesten. Som alle andre organismer, vi er lavet af dem. De styrer vores biorytme, og de kan også afspejle vores sundhedstilstand. Forskere ledet af Ferenc Krausz ved Laboratory for Attosecond Physics (LAP)-et joint venture mellem Ludwig-Maximilians-Universität (LMU) og Max Planck Institute for Quantum Optics (MPQ) i München-ønsker at bruge strålende infrarødt lys til at studere molekylært sygdomsmarkører mere detaljeret, for eksempel for at lette diagnosen på et tidligt stadium af kræft. Teamet har udviklet en kraftig femtosekund lyskilde, der udsender ved bølgelængder mellem 1,6 og 10,2 mikrometer. Dette instrument skal gøre det muligt at detektere organiske molekyler, der findes i ekstremt lave koncentrationer i blod eller opsuget luft.

Myriader af molekyler reagerer på meget specifikke måder til lys af bestemte bølgelængder i det mellem-infrarøde område. Ved at absorbere bestemte bølgelængder, hver type molekyle i en prøve præger en specifik signatur på den transmitterede stråle, som fungerer som et molekylært fingeraftryk. Med en kilde til bredbånds midt-infrarødt lys registrerer man fingeraftryk fra mange molekylære strukturer på én gang-i en blodprøve eller opsuget luft, for eksempel. Hvis prøven indeholder markørmolekyler, der er forbundet med specifikke sygdomstilstande, også disse vil afsløre deres tilstedeværelse i spektret af det transmitterede infrarøde lys.

LAP -fysikere har nu konstrueret en sådan lyskilde, som dækker bølgelængderne mellem 1,6 og 10,2 mikron. Lasersystemet udviser gennemsnitlig udgangseffekt på watt-niveau, og er godt fokuserbar, hvilket resulterer i en meget strålende infrarød lyskilde. Denne funktion forbedrer evnen til at detektere molekyler, der er til stede i ekstremt lave koncentrationer. Ud over, laseren kan producere tog af femtosekundpulser, hvilket gør det muligt at udføre tidsopløste såvel som støjsvage og meget præcise målinger.

På nuværende tidspunkt, infrarød spektroskopi er ofte baseret på brugen af ​​usammenhængende lys, som giver dækning af hele det mellem-infrarøde område. Imidlertid, den relativt lave glans af strålen produceret af usammenhængende kilder reducerer markant evnen til at detektere meget svage molekylære fingeraftryk. Synkrotronstråling produceret i partikelacceleratorer kan alternativt bruges, men sådanne faciliteter er en mangelvare og er ekstremt dyre. Imidlertid, laserbaserede metoder kan generere endnu lysere stråler end synkrotroner gør. Fysikerne på LAP er nu lykkedes med at bygge en sammenhængende lyskilde, der producerer strålende laserlys over et bredt spektralområde i det infrarøde område. Det plejede at være den største ulempe ved laserkilder Desuden var det nye system har et meget mindre fodaftryk (og er langt billigere) end en synkrotron:det passer på et stort bord.

"Selvfølgelig, der er stadig et stykke vej, før vi kan diagnosticere kræft på et meget tidligt tidspunkt end i øjeblikket. Vi har brug for en bedre forståelse af sygdomsmarkører, og vi skal designe en effektiv måde at kvantificere dem på, for eksempel, "siger Marcus Seidel, en af ​​forskerne involveret i projektet. "Men nu med betydeligt forbedrede lyskilder til rådighed, vi kan begynde at tackle disse spørgsmål. "Desuden, det nye lasersystem finder applikationer inden for områder uden for biovidenskaben. Trods alt, den præcise observation af molekyler og deres transformationer er også kernen i både kemi og fysik.