Forskare har byggt ett nytt verktyg för att studera molekyler med hjälp av en laser, en kristall- och ljusdetektorer. Denna nya teknik kommer att avslöja molekylernas strukturer med ökad detaljrikedom och specificitet.

"Vi lever i den molekylära världen där det mesta runt omkring oss består av molekyler:luft, mat, drycker, kläder, celler och mer. Att studera molekyler med vår nya teknik kan användas inom medicin, apotek, kemi, eller andra fält, "säger docent Takuro Ideguchi från University of Tokyo Institute for Photon Science and Technology.

Den nya tekniken kombinerar två nuvarande tekniker till ett unikt system som kallas komplementär vibrationsspektroskopi. Alla molekyler har mycket små, distinkta vibrationer orsakade av rörelsen av atomernas kärnor. Verktyg som kallas spektrometrar upptäcker hur dessa vibrationer får molekyler att absorbera eller sprida ljusvågor. Nuvarande spektroskopi tekniker är begränsade av den typ av ljus som de kan mäta.

Den nya komplementära vibrationsspektrometern som designats av forskare i Japan kan mäta ett bredare spektrum av ljus, kombinerar de mer begränsade spektra av två andra verktyg, kallas infraröd absorption och Raman -spridningsspektrometrar. Genom att kombinera de två spektroskopiteknikerna får forskare olika och kompletterande information om molekylära vibrationer.

"Vi ifrågasatte det här" sunt förnuft "i detta område och utvecklade något nytt. Raman och infraröda spektra kan nu mätas samtidigt, sa Ideguchi.

Tidigare spektrometrar kunde bara detektera ljusvågor med längder från 0,4 till 1 mikrometer (Raman -spektroskopi) eller från 2,5 till 25 mikrometer (infraröd spektroskopi). Klyftan mellan dem innebar att Raman och infraröd spektroskopi måste utföras separat. Begränsningen är som att försöka njuta av en duett, men tvingas lyssna på de två delarna separat.

Kompletterande vibrationsspektroskopi kan detektera ljusvågor runt de synliga till nära-infraröda och mitten-infraröda spektra. Framsteg inom ultrakort pulserande laserteknik har gjort kompletterande vibrationsspektroskopi möjlig.

Inuti den komplementära vibrationsspektrometern, en titansafirlaser skickar pulser av nära-infrarött ljus med en bredd av 10 femtosekunder (10 kvadriljondelar av en sekund) mot det kemiska provet. Innan du träffar provet, ljuset fokuseras på en kristall av galliumselenid. Kristallen genererar mitten av infraröda ljuspulser. De nära och mitten av infraröda ljuspulserna fokuseras sedan på provet, och de absorberade och spridda ljusvågorna detekteras av fotodetektorer och omvandlas samtidigt till Raman- och infraröda spektra.

Än så länge, forskare har testat sin nya teknik på prover av rena kemikalier som vanligen finns i vetenskapslaboratorier. De hoppas att tekniken en dag kommer att användas för att förstå hur molekyler ändrar form i realtid.

"Speciellt för biologi, vi använder termen 'etikettfri' för molekylär vibrationsspektroskopi eftersom den är icke-invasiv och vi kan identifiera molekyler utan att fästa konstgjorda fluorescerande taggar. Vi tror att komplementär vibrationsspektroskopi kan vara en unik och användbar teknik för molekylära mätningar, sa Ideguchi.