超快激光脉冲激发特定近红外波长的分子 在万亿分之一秒内揭示其"指纹"

超短光脉冲激发特定近红外波长的分子。 在这个装置中，小容器内的分子代表被研究的样品，而周围的分子代表空气中的水蒸气。 透射脉冲捕捉样品和环境的综合反应。 第二个超短光脉冲将此脉冲转换为更高的光学频率，在晶体中产生随时间变化的输出。 该输出显示了初始脉冲、液体样品的延迟响应（持续几兆分之一秒）和周围水蒸气的延迟响应（持续几千亿分之一秒）。 通过分析数据，可以将短暂的液体反应和持久的气体反应区分开来。 资料来源：Florian Sterl

马克斯-普朗克光科学研究所（Max Planck Institute for the Science of Light）的研究人员在生物标记物检测领域取得了突破性进展，推出了一种名为"飞秒场镜"的新技术。 这种方法可以在近红外光谱范围内以极高的灵敏度对微量液体进行高度精确的测量，最小可达到微摩尔级。 这一进步为在水环境中进行无标记生物成像和检测目标分子提供了令人兴奋的可能性，在生物医学领域的应用前景广阔。

超短激光脉冲可以引起分子振动，就像快速敲击会使钟声响起一样。 当分子被这些短暂的光脉冲激发时，会产生一种被称为"自由感应衰减"（FID）的信号，其中包含有关分子的宝贵信息。 该信号持续时间仅为万亿分之一秒，可提供分子的独特"指纹"。 飞秒场镜通过将信号与激光脉冲本身分离，改进了对这一信号的检测，从而更容易不受干扰地观察分子的反应。 这一突破使科学家们能够以超乎寻常的准确性识别特定分子，从而实现更清洁、无干扰的生物标记检测。

作为概念验证，研究人员展示了在浓度低至4.13微摩尔的水和乙醇中测量弱组合带的能力，展示了该技术的精确性和潜力。

Anchit Srivastava，Hanieh Fattahi 博士领导的"飞秒场镜"研究小组的博士生。 资料来源：MPL Susanne Viezens

这项技术的核心是利用充满气体的光子晶体光纤产生高功率超短光脉冲。 这些脉冲被压缩到几乎只有一个光波周期，与相位稳定的近红外脉冲结合在一起进行探测。 一种场检测方法--电光采样法--能够以接近佩塔赫兹的检测带宽测量这些超快脉冲，捕捉时间分辨率为 400 阿秒的场。 这种非凡的时间分辨率使科学家能够以难以置信的精度观察分子相互作用。

马克斯-普朗克光科学研究所博士生 Anchit Srivastava 说："我们的研究成果大大提高了液体样品分析的分析能力，提供了更高的灵敏度和更宽的动态范围。重要的是，我们的技术可以过滤掉液相和气相的信号，从而获得更精确的测量结果。"

Hanieh Fattahi 解释说："通过同时测量相位和强度信息，我们为高分辨率生物光谱显微技术开辟了新的可能性。 这项研究不仅推动了场分辨计量学的发展，而且加深了我们对超快现象的理解，并有可能应用于包括化学和生物学在内的各个领域，在这些领域，精确的分子检测至关重要。"

编译自/SciTechDaily