Ultrafast Science: Ученые успешно ускорили идентификацию молекул лазером

В 100 раз ускорили измерения спектроскопии комбинационного рассеяния исследователи из Института фотонных наук и технологий при Токийском университете.

Эта методика помогает идентифицировать молекулы по их «колебательным следам». Ускорение измерений будет полезно для биомедицинской диагностики и анализа материалов.

Идентификация молекул и клеток важна как в фундаментальной, так и в прикладной науке.

Рамановская спектроскопия — популярный метод измерения для этой цели. Лазерный луч направляют на молекулы, и свет взаимодействует с их связями, смещая частоту рассеянного света. Полученный спектр рассеяния уникален для каждой молекулы — это как колебательный отпечаток пальца.

Измерения — основа науки, — говорит главный исследователь Идегучи.

Поэтому мы стремимся достичь максимальной производительности наших измерительных систем. В частности, хотим расширить границы оптических измерений.

Учёные решили усовершенствовать рамановскую спектроскопию, создав систему с нуля. Это позволит ускорить измерения и применять метод в изучении быстропротекающих химических и физических реакций.

Идегучи, участник проекта, рассказывает:

Я обдумывал эту идею более десяти лет, но реализовать проект удалось только после создания оптимальной лазерной системы.

Исследователи, используя опыт в области оптики и фотоники, объединили три компонента:

• когерентную спектроскопию комбинационного рассеяния, которая даёт более сильные сигналы;
• специально разработанный ультракороткоимпульсный лазер;
• технологию растяжения времени с помощью оптических волокон.

В результате достигнута скорость измерения 50 мспектров в секунду, что в 100 раз больше по сравнению с самым быстрым на сегодняшний день измерением — 50 кспектров в секунду.

Мы планируем использовать спектрометр в микроскопии для получения 2D- и 3D-изображений со спектрами комбинационного рассеяния. А также в проточной цитометрии, объединив её с микрофлюидикой. Это позволит проводить высокопроизводительную химическую визуализацию без меток и изучать биомолекулы в клетках или тканях.

Результаты исследования опубликованы в журнале Ultrafast Science.

23.10.2024