Onderzoekers hebben een nieuwe tool gebouwd om moleculen te bestuderen met behulp van een laser, een kristal en lichtdetectoren. Deze nieuwe technologie zal de structuren van moleculen onthullen met meer detail en specificiteit.

"We leven in de moleculaire wereld waar de meeste dingen om ons heen zijn gemaakt van moleculen:lucht, voedsel, drankjes, kleren, cellen en meer. Moleculen bestuderen met onze nieuwe techniek zou in de geneeskunde kunnen worden gebruikt, apotheek, scheikunde, of andere velden, " zei universitair hoofddocent Takuro Ideguchi van het University of Tokyo Institute for Photon Science and Technology.

De nieuwe techniek combineert twee huidige technologieën in een uniek systeem dat complementaire vibratiespectroscopie wordt genoemd. Alle moleculen hebben zeer kleine, kenmerkende trillingen veroorzaakt door de beweging van de atoomkernen. Instrumenten die spectrometers worden genoemd, detecteren hoe die trillingen ervoor zorgen dat moleculen lichtgolven absorberen of verstrooien. De huidige spectroscopietechnieken worden beperkt door het soort licht dat ze kunnen meten.

De nieuwe complementaire vibrationele spectrometer, ontworpen door onderzoekers in Japan, kan een breder spectrum van licht meten, het combineren van de meer beperkte spectra van twee andere tools, infraroodabsorptie- en Raman-verstrooiingsspectrometers genoemd. Door de twee spectroscopietechnieken te combineren, krijgen onderzoekers verschillende en complementaire informatie over moleculaire trillingen.

"We hebben het 'gezond verstand' van dit veld in twijfel getrokken en iets nieuws ontwikkeld. Raman- en infraroodspectra kunnen nu tegelijkertijd worden gemeten, ' zei Ideguchi.

Eerdere spectrometers konden alleen lichtgolven detecteren met een lengte van 0,4 tot 1 micrometer (Raman-spectroscopie) of van 2,5 tot 25 micrometer (infraroodspectroscopie). De kloof tussen hen betekende dat Raman- en infraroodspectroscopie afzonderlijk moesten worden uitgevoerd. De beperking is als proberen te genieten van een duet, maar gedwongen worden om de twee delen afzonderlijk te beluisteren.

Complementaire vibrationele spectroscopie kan lichtgolven detecteren rond de zichtbare tot nabij-infrarode en midden-infrarode spectra. Vooruitgang in ultrakort gepulseerde lasertechnologie heeft complementaire vibratiespectroscopie mogelijk gemaakt.

Binnen de complementaire vibratiespectrometer, een titanium-saffierlaser stuurt pulsen van nabij-infrarood licht met een breedte van 10 femtoseconden (10 quadriljoenste van een seconde) naar het chemische monster. Voordat u het monster raakt, het licht wordt gericht op een kristal van galliumselenide. Het kristal genereert midden-infrarode lichtpulsen. De nabij- en midden-infrarood lichtpulsen worden vervolgens op het monster gefocusseerd, en de geabsorbeerde en verstrooide lichtgolven worden gedetecteerd door fotodetectoren en gelijktijdig omgezet in Raman- en infraroodspectra.

Tot dusver, onderzoekers hebben hun nieuwe techniek getest op monsters van pure chemicaliën die vaak worden aangetroffen in wetenschappelijke laboratoria. Ze hopen dat de techniek ooit zal worden gebruikt om te begrijpen hoe moleculen in realtime van vorm veranderen.

"Vooral voor biologie, we gebruiken de term 'labelvrij' voor moleculaire vibratiespectroscopie omdat het niet-invasief is en we moleculen kunnen identificeren zonder kunstmatige fluorescerende tags te bevestigen. Wij geloven dat complementaire vibratiespectroscopie een unieke en nuttige techniek kan zijn voor moleculaire metingen, ' zei Ideguchi.