飞秒场镜可以在近红外光谱范围内获取分子指纹
发布时间：2024-10-23 09:51:23 阅读数： 67
超短光脉冲在特定的近红外波长下激发分子。在这种设置中，小容器内的分子代表被研究的样品，周围的分子则代表空气中的水蒸气。发射的脉冲能够捕获样品的综合响应以及环境情况。第二个超短光脉冲将该脉冲转换为更高的光学频率，在晶体中产生与时间相关的输出。这个输出显示了初始脉冲、液体样品的延迟响应（持续几万亿分之一秒）以及周围的水蒸气（持续几千亿分之一秒）。通过对数据进行分析，可以区分出短时间的液体响应和长时间的气体响应。来源为 Florian Sterl。
马克斯普朗克光科学研究所的研究人员开发出一种名为飞秒场镜的新技术，这很可能会彻底改变生物标志物的检测。该方法能够精确测量微量液体，可精确至微摩尔水平，在近红外区域具有无与伦比的灵敏度。它为无标签生物成像以及水环境中目标分子的检测开辟了新的可能性，为先进的生物医学应用铺平了道路。此项研究发表在《自然光子学》杂志上。
超短激光脉冲能够使分子产生脉冲振动，就像快速敲击钟一样。当分子被这些短光脉冲激发时，会产生一种被称为自由感应衰减（FID）的信号，该信号携带着分子的重要信息。这个信号持续时间很短（高达万亿分之一秒），并提供了分子振动的清晰 “指纹”。在飞秒视场镜中，通过使用超短激光脉冲，分子信号与激光脉冲本身分离，使得更容易以无背景的方式检测振动响应。这使得科学家能够高精度地识别特定分子，为以干净、无干扰的方式检测生物标记物开辟了新途径。作为原理证明，研究人员首次成功展示了在低至 4.13 微摩尔的水和乙醇浓度下测量弱组合带的能力。这项技术的核心是利用充满气体的光子晶体光纤产生高功率超短光脉冲。这些脉冲被压缩到几乎一个光波周期，并与相位稳定的近红外脉冲相结合进行检测。一种场检测方法 —— 电光采样，可以用近千赫兹的检测带宽测量这些超快脉冲，以 400 阿秒的时间分辨率捕获场。这种非凡的时间分辨率使科学家能够以令人难以置信的精度观察分子之间的相互作用。马克斯普朗克光科学研究所的博士生 Anchit Srivastava 表示：“我们的发现显著提高了液体样品分析的分析能力，提供了更高的灵敏度和更宽的动态范围。”“重要的是，我们的技术使我们能够过滤出液相和气相的信号，从而实现更精确的测量。”
Hanieh Fattahi 解释道：“通过同时测量相位和强度信息，我们为高分辨率生物光谱显微镜开辟了新的可能性。这项研究不仅推动了场分辨计量学的边界，而且加深了我们对超快现象的理解，并在包括化学和生物学在内的各个领域具有潜在的应用前景，在这些领域精确的分子检测是必不可少的。”
