Il pettine di frequenza identifica le molecole ogni 20 nanosecondi – Physics World

I pettini di frequenza – laser specializzati che agiscono come un metro per misurare la luce – sono comunemente usati per identificare molecole sconosciute in un campione rilevando quali frequenze di luce assorbono. Nonostante i recenti progressi, tuttavia, la tecnica fatica ancora a registrare gli spettri nella scala temporale dei nanosecondi caratteristica di molti processi fisico-chimici e biologici.

I ricercatori del Istituto nazionale statunitense di standard e tecnologia (NIST) a Gaithersbury, nel Maryland, Toptica Photonics AG e la Università del Colorado, Boulder hanno ora risolto questo inconveniente sviluppando un sistema a pettine di frequenza in grado di rilevare molecole specifiche in un campione ogni 20 nanosecondi. La loro impresa significa che la tecnologia potrebbe essere utilizzata per risolvere passaggi intermedi in processi in rapido movimento, come quelli che si verificano nei motori a reazione ipersonici e nel ripiegamento delle proteine.

Rilevazione di impronte molecolari

Nel nuovo lavoro, leader del progetto NIST David Long e colleghi hanno generato due pettini di frequenza ottica nella regione del vicino infrarosso dello spettro elettromagnetico utilizzando modulatori elettro-ottici. Hanno quindi utilizzato questi pettini come pompa laser per un dispositivo noto come oscillatore ottico parametrico che traduce spettralmente i pettini nel medio infrarosso. Questa traduzione è importante perché la regione del medio infrarosso ospita così tante caratteristiche di forte assorbimento della luce (in particolare nei biomateriali) da essere nota come “regione delle impronte digitali”. L’elevata potenza e coerenza dei pettini, insieme all’ampia spaziatura dei loro “denti” di frequenza, consente di registrare queste forme di linee molecolari ad alta velocità.

Oltre ad essere altamente efficace, la nuova configurazione è anche relativamente semplice. "Molti altri approcci per la spettroscopia a doppio pettine nel medio infrarosso richiedevano due pettini separati che dovevano essere strettamente fissati l'uno all'altro", spiega Long. “Ciò significa una complessità sperimentale notevolmente aumentata. Inoltre, le tecniche precedenti generalmente non avevano una potenza così elevata o la possibilità di regolare la spaziatura dei pettini su valori sufficientemente grandi”.

Questa accordatura molto distanziata è possibile, aggiunge Long, perché il nuovo pettine elettro-ottico ha solo 14 “denti”, rispetto alle migliaia o addirittura milioni dei pettini di frequenza convenzionali. Ogni dente ha quindi una potenza molto più elevata ed è più lontano dagli altri denti in frequenza, il che si traduce in segnali chiari e forti.

Il pettine di frequenza da tavolo sonda le strutture proteiche

"La flessibilità e la semplicità del nuovo metodo sono due dei suoi principali punti di forza", spiega Mondo della fisica. “Di conseguenza, è applicabile a un’ampia gamma di obiettivi di misurazione, tra cui studi di cinetica e dinamica chimica, scienza della combustione, chimica dell’atmosfera, biologia e fisica quantistica”.

CO supersonico₂ impulsi

Come test, i ricercatori hanno utilizzato la loro configurazione per misurare gli impulsi supersonici di CO₂ esce da un piccolo ugello in una camera piena d'aria. Sono stati in grado di misurare la CO₂/rapporto di miscelazione aria e osservare come la CO₂ interagiva con l'aria per creare oscillazioni della pressione dell'aria. Tali informazioni potrebbero essere utilizzate per comprendere meglio i processi che avvengono nei motori aeronautici e quindi favorire lo sviluppo di motori migliori.

Come seguito a questi esperimenti, che sono dettagliati in Nature Photonics, i ricercatori dicono che ora vorrebbero studiare altri sistemi chimici scientificamente interessanti.

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• Fonte: https://physicsworld.com/a/frequency-comb-identifies-molecules-every-20-nanoseconds/