Молекулы — это строительные блоки жизни. Как и все другие организмы, мы сделаны из них. Они контролируют наш биоритм, а также могут отражать состояние нашего здоровья.
Исследователи под руководством Ференца Крауза из Лаборатории аттосекундной физики (LAP) — совместного предприятия Ludwig-Maximilians-Universitat (LMU) и Института квантовой оптики Макса Планка (MPQ) в Мюнхене — хотят использовать яркий инфракрасный свет для изучать маркеры молекулярных заболеваний гораздо более подробно, например, для облегчения диагностики рака на ранней стадии. Команда разработала мощный фемтосекундный источник света, который излучает на длинах волн от 1,6 до 10,2 мкм. Этот прибор должен позволять обнаруживать органические молекулы, присутствующие в очень низких концентрациях в крови или вдыхаемом воздухе.
Мириады молекул очень специфическим образом реагируют на свет определенных длин волн в средней инфракрасной области. Поглощая волны определенной длины, каждый тип молекулы в образце оставляет определенную сигнатуру на передаваемом луче, которая служит молекулярным отпечатком пальца. С помощью источника широкополосного среднего инфракрасного света можно обнаружить отпечатки пальцев сразу многих молекулярных структур — например, в образце крови или аспирированном воздухе.
Если образец содержит молекулы-маркеры, которые связаны с определенными болезненными состояниями, они также обнаруживают свое присутствие в спектре проходящего инфракрасного света.Физики LAP создали такой источник света, который охватывает длины волн от 1,6 до 10,2 микрон. Лазерная система демонстрирует среднюю выходную мощность на уровне ватт и хорошо фокусируется, что приводит к очень яркому источнику инфракрасного света. Эта функция увеличивает способность обнаруживать молекулы, присутствующие в чрезвычайно низких концентрациях.
Кроме того, лазер может генерировать серию фемтосекундных импульсов [фемтосекунда составляет миллионную миллиардную долю секунды (10-15 секунд)], что позволяет получать импульсы с временным разрешением, а также с низким уровнем шума и высоким уровнем шума. точные измерения.В настоящее время инфракрасная спектроскопия часто основана на использовании некогерентного света, который обеспечивает покрытие всей средней инфракрасной области. Однако относительно низкая яркость луча, создаваемого некогерентными источниками, заметно снижает возможность обнаружения очень слабых молекулярных отпечатков пальцев.
В качестве альтернативы можно использовать синхротронное излучение, производимое в ускорителях частиц, но таких установок мало и они чрезвычайно дороги. Однако лазерные методы могут генерировать даже более яркие лучи, чем синхротроны. Физикам LAP удалось создать источник когерентного света, который излучает яркий лазерный свет в широком спектральном диапазоне в инфракрасном диапазоне.
Раньше это было основным недостатком лазерных источников. Более того, новая система занимает гораздо меньшую площадь (и намного дешевле), чем синхротрон: она умещается на большом столе.
«Конечно, нам еще предстоит пройти долгий путь, прежде чем мы сможем диагностировать рак на более ранней стадии, чем в настоящее время. Нам нужно лучше понимать маркеры болезни, и мы должны разработать эффективный способ их количественной оценки, например», — говорит Маркус Зайдель, один из исследователей, участвовавших в проекте. «Но теперь, имея значительно улучшенные источники света, мы можем приступить к решению этих проблем».
Более того, новая лазерная система найдет применение не только в области биологических наук. В конце концов, точное наблюдение за молекулами и их превращениями лежит в основе и химии, и физики.