“红外频率梳测量生物特征”

美国国家标准技术研究院( nist )的研究人员和合作者已经展示了一种紧凑的频率梳理装置，可以更快地测量整个红外光带，检测物质的生物、化学和物理特征。 红外光通过长于可见光的波传播，同时最常见的是热相关的辐射。

nist的安装占据了数平方英尺的桌面空之间，有诊断疾病、识别制造中使用的化学物质、收集生物量等潜在的应用。 这项工作在6月7日的科学进展杂志上有记载。

测量光梳的准确频率或颜色。 各种梳子的设计使新一代原子钟的开发成为可能，为甲烷泄漏的检测等环境应用提供了希望。 生物学应用之所以迅速发展缓慢，是因为直接生成和测量相关红外光并不容易。

为了展示生物学应用，nist小组利用新仪器检测了nist单克隆抗体参考物质的指纹。 这是由20，000个以上的原子组成的蛋白质，在生物制药领域使用该蛋白质确保治疗质量。

我们的频率梳首次覆盖了整个红外分子指纹领域，项目负责人scott diddams说。 其他重要特征是速度、分辨率和数据收集的动态范围。

中红外光是特别有用的研究探针。 因为分子一般以这些频率旋转，振动。 但是，迄今为止，由于缺乏可用于可见光和近红外光的检测器等宽带或可调节的光源和比较有效的检测器，因此难以检测该区域，是红外光谱中最接近可见光的部分。

新的nist设备克服了这些问题。 由简单的光纤激光产生的光跨越了用于识别分子的整个范围。 即，从中红外到远红外的波长为3-27微米(频率约为10-100太赫兹)。 在特定频率吸收的光量提供分子的独特特征。 新系统在使用在近红外区域工作的光电二极管(光检测器)检测吸收光的电场方面具有创新性。

一个独特的优点是通过近红外激光快速采样红外电场来实时检测信号，diddams对此进行了说明。 这有两个好处。 检测从红外线转移到近红外线。 可以采用廉价的电信光电二极管，不受需要低温(液氮)冷却的红外线检测器的限制。

检测了单克隆抗体参考材料中含有碳、氧、氮、氢的3个酰胺的特征振动。 蛋白质中的酰胺带用于折叠，明确折叠和凝聚的机制。 检测到的谱带特征表明蛋白质具有片结构，与以前的研究一致。 薄片通过平面排列连接化学基团。

除了生物学应用外，新装置还可以用于检测红外光和凝聚物质的相互作用，在分子振动和旋转中保存数据的量子计算方法。 此外，结合新奇的成像技术，桌面系统可以获得目前需要采用更大同步装置的样品的纳米级图像。

新论文的共同作者包括来自巴西坎皮纳斯大学和西班牙光子科学研究所的研究者。 资金由国防高级研究计划局、国家研究委员会和空军科学研究室提供。

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