مشط التردد يتعرف على الجزيئات كل 20 نانو ثانية – عالم الفيزياء

تُستخدم أمشاط التردد - وهي أشعة ليزر متخصصة تعمل كعصا قياس للضوء - عادةً لتحديد الجزيئات غير المعروفة في العينة من خلال اكتشاف ترددات الضوء التي تمتصها. على الرغم من التطورات الحديثة، لا تزال هذه التقنية تكافح من أجل تسجيل الأطياف على مقياس زمني بالنانو ثانية، وهو ما يميز العديد من العمليات الفيزيائية والكيميائية والبيولوجية.

باحثون في المعهد الوطني الأمريكي للمعايير والتكنولوجيا (NIST) في جايثرسبيري، ميريلاند، توبتيكا الضوئيات AG و جامعة كولورادو ، بولدر لقد عالجوا الآن هذا العيب من خلال تطوير نظام مشط التردد الذي يمكنه اكتشاف جزيئات معينة في عينة كل 20 نانو ثانية. ويعني إنجازهم هذا أنه يمكن استخدام هذه التكنولوجيا لحل الخطوات الوسيطة في العمليات سريعة الحركة، مثل تلك التي تحدث في المحركات النفاثة التي تفوق سرعتها سرعة الصوت وطي البروتين.

الكشف عن البصمات الجزيئية

في العمل الجديد، قائد مشروع NIST ديفيد لونج قام وزملاؤه بتوليد مشطي تردد بصري في المنطقة القريبة من الأشعة تحت الحمراء من الطيف الكهرومغناطيسي، باستخدام مُعدِّلات كهروضوئية. ثم استخدموا هذه الأمشاط كمضخة ليزر لجهاز يعرف باسم المذبذب البارامتري البصري الذي يترجم الأمشاط طيفيًا إلى الأشعة تحت الحمراء المتوسطة. هذه الترجمة مهمة لأن منطقة الأشعة تحت الحمراء الوسطى هي موطن للعديد من ميزات امتصاص الضوء القوية (خاصة في المواد الحيوية) والتي تُعرف باسم "منطقة بصمة الإصبع". إن القوة العالية للأمشاط وتماسكها، بالإضافة إلى التباعد الواسع بين "أسنانها" الترددية، يسمحان بتسجيل أشكال الخطوط الجزيئية بسرعات عالية.

فضلا عن كونه فعالا للغاية، فإن الإعداد الجديد بسيط نسبيا أيضا. يشرح لونج: "تتطلب العديد من الطرق الأخرى للتحليل الطيفي المزدوج المشط في منتصف الأشعة تحت الحمراء مشطين منفصلين يجب أن يكونا ملتصقين بإحكام ببعضهما البعض". "وهذا يعني زيادة كبيرة في التعقيد التجريبي. والأكثر من ذلك، أن التقنيات السابقة عمومًا لم تكن تمتلك قوة عالية أو إمكانية ضبط مسافة المشط على قيم كبيرة بما فيه الكفاية.

ويضيف لونج أن هذا الضبط واسع النطاق ممكن، لأن المشط الكهروضوئي الجديد يحتوي على 14 "سنًا" فقط، مقارنة بالآلاف أو حتى الملايين من أمشاط التردد التقليدية. وبالتالي فإن كل سن لديه قوة أعلى بكثير وأبعد عن الأسنان الأخرى في التردد، مما يؤدي إلى إشارات واضحة وقوية.

مشط التردد الموجود أعلى الطاولة يستكشف هياكل البروتين

يقول: "إن مرونة الطريقة الجديدة وبساطتها هما من أهم نقاط قوتها". عالم الفيزياء. "ونتيجة لذلك، فإنه قابل للتطبيق على مجموعة واسعة من أهداف القياس، بما في ذلك الحركية الكيميائية والديناميكيات، وعلوم الاحتراق، وكيمياء الغلاف الجوي، وعلم الأحياء ودراسات فيزياء الكم."

شركة الأسرع من الصوت₂ نبضات

كاختبار، استخدم الباحثون إعدادهم لقياس نبضات ثاني أكسيد الكربون الأسرع من الصوت₂ الخروج من فوهة صغيرة في غرفة مملوءة بالهواء. لقد كانوا قادرين على قياس ثاني أكسيد الكربون₂/نسبة خلط الهواء ولاحظ كيف يكون ثاني أكسيد الكربون₂ تتفاعل مع الهواء لتكوين تذبذبات في ضغط الهواء. يمكن استخدام هذه المعلومات لفهم العمليات التي تحدث في محركات الطائرات بشكل أفضل وبالتالي المساعدة في تطوير محركات أفضل.

ومتابعة لهذه التجارب التي نتناولها بالتفصيل في طبيعة الضوئياتويقول الباحثون إنهم يرغبون الآن في دراسة أنظمة كيميائية أخرى مثيرة للاهتمام من الناحية العلمية.

• محتوى مدعوم من تحسين محركات البحث وتوزيع العلاقات العامة. تضخيم اليوم.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. تمكين نفسك. الوصول هنا.
• أفلاطونايستريم. ذكاء Web3. تضخيم المعرفة. الوصول هنا.
• أفلاطون كربون، كلينتك ، الطاقة، بيئة، شمسي، إدارة المخلفات. الوصول هنا.
• أفلاطون هيلث. التكنولوجيا الحيوية وذكاء التجارب السريرية. الوصول هنا.
• المصدر https://physicsworld.com/a/frequency-comb-identifies-molecules-every-20-nanoseconds/