敏感的光谱解码生物“汤”
阿托秒物理实验室的研究人员已经开发出一种全新的激光测量系统分析生物系统的分子组成。它可以检测最小的生物体的分子组成的变化。
各种类型的分子在生物循环。新陈代谢不断创造各种各样的新分子细胞,也是释放到环境中,例如进入血液。生物医学的主要目标之一是要详细记录这个分子组合,从而获得有关生物的状态信息。退化细胞如肿瘤细胞在人体内也产生非常特征分子。他们常常是一种疾病的迹象。这里的问题是,很少有这种类型的分子指标,通常在血液中循环在极低的浓度。因此很难证明他们。生物医学科学家假设,然而,有很多这样的分子病签名等不同的分子类蛋白质、糖或脂肪衍生品。最大的挑战是综合检测和足够精确的一个方法。
接近这一目标,一个跨学科的团队,物理学家、生物学家和数据科学家从阿托秒物理实验室(圈)LMU和马克斯·普朗克量子光学研究所的指导下费伦茨Krausz,椅子的持有人实验物理/激光物理,开发了一种新的激光测量系统。有了它的帮助,可以获得指纹生物样本的分子组成的任何形式的红外线。这项技术适用于前所未有的敏感性和可用于生物分子的任何类。
所开发的系统是基于技术ultra-short-term阿托秒物理实验室的计量。新的激光光谱仪,由物理学家周围的团队Ioachim Pupeza,基于极强的红外激光脉冲的发射红外波长范围广泛,它只持续飞秒。飞秒是1000000000秒的1000000。背后的原则:分子激动振动的红外激光超短脉冲。光脉冲作用于电子束缚粒子像音叉短锤击。独立分子然后继续振动,从而产生相干光与特征波长/频率。新技术检测整个振动的光波。每个分子连接在某些固有频率振动,因此提供了定义良好的部分检测到光波。这里没有分子可以隐藏了。
“与我们的激光,我们现在有一个广泛的红外波长范围,从6到12微米,覆盖激发的分子,“卢斯·休伯解释道,co-first的作者研究和生物学家里面博士的团队成员之一,他也参与了阿托秒物理实验室的实验。“与质谱分析,例如,这个方法让我们访问所有类型的分子组成的生物样本,”业主解释道。
分子的短激光脉冲激励包括只有少数振动的光。系统达到辐射亮度的两倍,即光子密度,比传统的同步加速器,类似的分子光谱辐射以前生成的。此外,红外辐射时空上是一致的。所有物理参数一起负责极高灵敏度的新激光系统。这意味着,即使是很小的可以检测到特定的分子浓度和“分子指纹”可以创建非常精确。新的物理参数现在使第一次照亮生活水样与红外线0.1毫米厚,从而以前所未有的敏感性分析。
“这精确测量体液的分子组成的变化为生物学和医学开辟了新的机会,可以使用特别是在疾病的早期检测在未来,“业主说。2020 (MPG / LMU)自然。
参考
Field-resolved红外光谱的生物系统。Michael Trubetskov Ioachim Pupeza·胡贝尔,沃尔夫冈•Schweinberger赛义德·a·侯赛因克里斯蒂娜•霍弗Kilian弗里奇马库斯Poetzlberger,勒纳德我们,恩斯特,塔蒂阿娜Amotchkina, Kosmas诉Kepesidis,亚历山大•Apolonski尼古拉斯•Karpowicz弗拉基米尔•Pervak奥列格•Pronin弗兰克她,阿卜杜拉Azzeer,里面Žigman &费伦茨Krausz。自然卷577页52-59 (2020),https://doi.org/10.1038/s41586 - 019 - 1850 - 7。
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