La nuova tecnica della spettroscopia vibrazionale complementare si basa sui miglioramenti della tecnologia laser a impulsi ultracorti. I ricercatori dell'Università di Tokyo sperano di utilizzare la spettroscopia vibrazionale complementare per vedere le molecole cambiare forma in tempo reale senza tecniche invasive. Credito:Takuro Ideguchi, CC BY-ND-4.0
I ricercatori hanno costruito un nuovo strumento per studiare le molecole utilizzando un laser, un cristallo e rilevatori di luce. Questa nuova tecnologia rivelerà le strutture delle molecole con maggiore dettaglio e specificità.
"Viviamo nel mondo molecolare in cui la maggior parte delle cose intorno a noi sono fatte di molecole:aria, Alimenti, bevande, Abiti, cellule e altro ancora. Lo studio delle molecole con la nostra nuova tecnica potrebbe essere utilizzato in medicina, farmacia, chimica, o altri campi, ", ha affermato il professore associato Takuro Ideguchi dell'Istituto per la scienza e la tecnologia dei fotoni dell'Università di Tokyo.
La nuova tecnica combina due tecnologie attuali in un sistema unico chiamato spettroscopia vibrazionale complementare. Tutte le molecole sono molto piccole, vibrazioni distintive causate dal movimento dei nuclei degli atomi. Strumenti chiamati spettrometri rilevano come queste vibrazioni inducono le molecole ad assorbire oa disperdere le onde luminose. Le attuali tecniche di spettroscopia sono limitate dal tipo di luce che possono misurare.
Il nuovo spettrometro vibrazionale complementare progettato da ricercatori in Giappone può misurare uno spettro di luce più ampio, combinando gli spettri più limitati di altri due strumenti, chiamati spettrometri ad assorbimento infrarosso e a dispersione Raman. La combinazione delle due tecniche di spettroscopia fornisce ai ricercatori informazioni diverse e complementari sulle vibrazioni molecolari.
"Abbiamo messo in discussione il 'senso comune' di questo campo e sviluppato qualcosa di nuovo. Gli spettri Raman e infrarossi possono ora essere misurati contemporaneamente, " disse Ideguchi.
La spettroscopia vibrazionale complementare si basa su uno spettrometro a trasformata di Fourier dual-modale con un laser a impulsi ultracorti. La misurazione Raman viene effettuata mediante spettroscopia di diffusione Raman coerente con trasformata di Fourier. La misurazione a infrarossi viene effettuata mediante spettroscopia di assorbimento infrarosso a trasformata di Fourier con luce infrarossa generata in un cristallo non lineare. Attestazione:Takuro Ideguchi
Gli spettrometri precedenti potevano rilevare solo onde luminose con lunghezze da 0,4 a 1 micrometro (spettroscopia Raman) o da 2,5 a 25 micrometri (spettroscopia a infrarossi). Il divario tra loro significava che la spettroscopia Raman e infrarossa doveva essere eseguita separatamente. La limitazione è come provare a godersi un duetto, ma essendo costretto ad ascoltare le due parti separatamente.
La spettroscopia vibrazionale complementare può rilevare le onde luminose intorno agli spettri dal visibile al vicino infrarosso e al medio infrarosso. I progressi nella tecnologia del laser a impulsi ultracorti hanno reso possibile la spettroscopia vibrazionale complementare.
All'interno dello spettrometro vibrazionale complementare, un laser al titanio-zaffiro invia impulsi di luce nel vicino infrarosso dell'ampiezza di 10 femtosecondi (10 quadrilionesimi di secondo) verso il campione chimico. Prima di colpire il campione, la luce è focalizzata su un cristallo di seleniuro di gallio. Il cristallo genera impulsi di luce nel medio infrarosso. Gli impulsi di luce nel vicino e medio infrarosso vengono quindi focalizzati sul campione, e le onde luminose assorbite e diffuse vengono rilevate da fotorivelatori e convertite simultaneamente in spettri Raman e infrarossi.
Finora, i ricercatori hanno testato la loro nuova tecnica su campioni di sostanze chimiche pure che si trovano comunemente nei laboratori scientifici. Sperano che un giorno la tecnica venga utilizzata per capire come le molecole cambiano forma in tempo reale.
"Soprattutto per la biologia, usiamo il termine "label-free" per la spettroscopia vibrazionale molecolare perché non è invasiva e possiamo identificare le molecole senza attaccare tag fluorescenti artificiali. Riteniamo che la spettroscopia vibrazionale complementare possa essere una tecnica unica e utile per le misurazioni molecolari, " disse Ideguchi.
