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紅外頻率梳可識別生物樣本等

發布:laserpulse    |    2019-06-23 13:34    閱讀:187
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NIST領導的國際集團的突破系統能夠利用近紅外光電二極管檢測關鍵波長。

基于IR吸收識別分子的桌面頻率梳裝置。

美國國家標準與技術研究院(NIST)的研究人員和合作者已經展示了一種緊湊的頻率梳裝置,可快速測量整個紅外光帶,以檢測物質的生物、化學和物理特性。這個國際研究團隊由來自NIST,ICFO,西班牙,巴西坎皮納斯大學和英國國防公司BAE Systems的科學家組成,他們展示了一種緊湊型頻率梳裝置,可以以視頻速率測量整個紅外光帶。這使得能夠檢測物質的生物、化學和物理性質。NIST表示,這種裝置占據了幾平方英尺的光學平臺,具有潛在的應用,如疾病診斷,制造中使用的化學品識別和生物質能量收集。這項工作在Science Advances中有所描述。

多樣化的應用

光頻梳測量精確的頻率或光的波長。到目前為止,各種梳子設計使得下一代原子鐘的開發成為可能,并且對于檢測甲烷泄漏等環境應用具有前景。生物應用的發展較慢,部分原因是難以直接生成和測量相關的紅外波長。為展示生物學應用,NIST團隊使用新儀器檢測NIST單克隆抗體參考物質的“指紋”,這是一種由超過20,000個原子組成的蛋白質,生物制藥行業使用該蛋白質來確保治療質量。

項目負責人Scott Diddams評論說:“我們的頻率梳子首次同時覆蓋整個紅外分子指紋區域。其他關鍵優勢是速度、分辨率和采集數據的動態范圍。“中紅外光是一種特別有用的研究探針,因為分子通常在這些頻率下旋轉和振動。但是到目前為止,由于缺乏寬帶或可調光源以及有效的探測器(例如可用于可見光和近紅外光的探測器),紅外光譜中最接近可見光的部分,探測該區域是困難的。

'問題解決了'

新的NIST設備克服了這些問題。簡單的光纖激光器產生的光跨越用于識別分子的整個范圍 - 即中紅外至3-27μm的遠紅外波長(頻率約為10-100THz)。在特定頻率下吸收的光提供了分子的獨特特征。新系統在使用在近紅外范圍內工作的光電二極管(光探測器)探測吸收光的電場方面具有創新性。“一個獨特的特點是我們通過用近紅外激光快速采樣紅外電場來實時檢測信號,”Diddams解釋說。 “這有兩個優點:它將檢測從紅外線轉移到近紅外線,我們可以使用廉價的電信光電二極管,我們不再受到需要低溫(液氮)冷卻的紅外探測器的限制。”

研究人員在單克隆抗體參考材料中檢測到三條酰胺(含有碳,氧,氮和氫的化學基團)的特征振動。蛋白質中的酰胺帶用于確定折疊、解折疊和聚集機制。檢測到的條帶特征表明蛋白質具有片狀結構,與先前的研究一致。片材以平面排列連接化學基團。除了生物學應用之外,新設備可以用于檢測紅外光和凝聚物質之間的相互作用,用于量子計算方法,其在分子振動或旋轉中存儲數據。此外,當與新穎的成像技術相結合時,桌面系統可以輕松獲得樣品的納米級圖像。

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