En laser, en krystal og molekylære strukturer:Nyt værktøj bruger bredere lysspektrum til at identificere molekyler

Forskere har bygget et nyt værktøj til at studere molekyler ved hjælp af en laser, en krystal og lysdetektorer. Denne nye teknologi vil afsløre strukturerne af molekyler med øget detaljer og specificitet.

"Vi lever i den molekylære verden, hvor de fleste ting omkring os er lavet af molekyler:luft, fødevarer, drikkevarer, tøj, celler og mere. At studere molekyler med vores nye teknik kunne bruges i medicin, apotek, kemi, eller andre felter, "sagde lektor Takuro Ideguchi fra University of Tokyo Institute for Photon Science and Technology.

Den nye teknik kombinerer to nuværende teknologier til et unikt system kaldet komplementær vibrationsspektroskopi. Alle molekyler har meget små, karakteristiske vibrationer forårsaget af bevægelsen af ​​atomernes kerner. Værktøjer kaldet spektrometre registrerer, hvordan disse vibrationer får molekyler til at absorbere eller sprede lysbølger. Nuværende spektroskopiteknikker er begrænset af den type lys, de kan måle.

Det nye komplementære vibrationsspektrometer designet af forskere i Japan kan måle et bredere spektrum af lys, kombinerer de mere begrænsede spektre af to andre værktøjer, kaldes infrarød absorption og Raman -spredningsspektrometre. Kombinationen af ​​de to spektroskopiteknikker giver forskere forskellig og komplementær information om molekylære vibrationer.

"Vi satte spørgsmålstegn ved den 'sunde fornuft' i dette felt og udviklede noget nyt. Raman- og infrarøde spektre kan nu måles samtidigt, "sagde Ideguchi.

Tidligere spektrometre kunne kun detektere lysbølger med længder fra 0,4 til 1 mikrometer (Raman -spektroskopi) eller fra 2,5 til 25 mikrometer (infrarød spektroskopi). Gabet mellem dem betød, at Raman og infrarød spektroskopi skulle udføres separat. Begrænsningen er som at prøve at nyde en duet, men bliver tvunget til at lytte til de to dele hver for sig.

Komplementær vibrationsspektroskopi kan detektere lysbølger omkring de synlige til nær-infrarøde og mellem-infrarøde spektre. Fremskridt inden for ultrakort pulseret laserteknologi har gjort komplementær vibrationsspektroskopi mulig.

Inde i det komplementære vibrationsspektrometer, en titanium-safir-laser sender impulser af nær-infrarødt lys med en bredde på 10 femtosekunder (10 kvadrilliontedele af et sekund) mod den kemiske prøve. Før du rammer prøven, lyset fokuseres på en krystal af galliumselenid. Krystallen genererer midt-infrarøde lysimpulser. De nær- og melleminfrarøde lysimpulser fokuseres derefter på prøven, og de absorberede og spredte lysbølger detekteres af fotodetektorer og konverteres samtidigt til Raman- og infrarøde spektre.

Indtil nu, forskere har testet deres nye teknik på prøver af rene kemikalier, der almindeligvis findes i videnskabelige laboratorier. De håber, at teknikken en dag vil blive brugt til at forstå, hvordan molekyler ændrer form i realtid.

"Især for biologi, vi bruger udtrykket 'etiketfri' til molekylær vibrationsspektroskopi, fordi det er ikke-invasivt, og vi kan identificere molekyler uden at vedhæfte kunstige fluorescerende mærker. Vi mener, at komplementær vibrationsspektroskopi kan være en unik og nyttig teknik til molekylære målinger, " sagde Ideguchi.