מסרק תדרים מזהה מולקולות כל 20 ננו-שניות - עולם הפיזיקה

מסרקות תדר - לייזרים מיוחדים הפועלים כמו מקל מדידה לאור - משמשים בדרך כלל לזיהוי מולקולות לא ידועות בדגימה על ידי זיהוי תדרי האור שהן סופגות. עם זאת, למרות ההתקדמות האחרונה, הטכניקה עדיין מתקשה לתעד ספקטרום בסולם זמן של ננו-שניות האופייני לתהליכים פיזיוכימיים וביולוגיים רבים.

חוקרים ב המכון הלאומי לתקנים וטכנולוגיה בארה"ב (NIST) בגיית'רסברי, מרילנד, Toptica Photonics AG ו אוניברסיטת קולורדו, בולדר כעת התייחסו לחסרון הזה על ידי פיתוח מערכת מסרק תדרים שיכולה לזהות מולקולות ספציפיות בדגימה כל 20 ננו שניות. המשמעות של ההישג שלהם היא שניתן להשתמש בטכנולוגיה כדי לפתור שלבי ביניים בתהליכים הנעים במהירות, כמו אלה המתרחשים במנועי סילון היפרסוניים ובקיפול חלבון.

זיהוי טביעות אצבע מולקולריות

בעבודה החדשה, מוביל פרויקט NIST דייויד לונג ועמיתיו יצרו שני מסרקי תדר אופטיים באזור הקרוב לאינפרא אדום של הספקטרום האלקטרומגנטי באמצעות מאפננים אלקטרו-אופטיים. לאחר מכן הם השתמשו במסרקים אלה כלייזר המשאבה עבור מכשיר המכונה מתנד פרמטרי אופטי שמתרגם את המסרקים באופן ספקטרלי לאינפרא אדום האמצעי. תרגום זה חשוב מכיוון שאזור האינפרא-אדום האמצעי הוא ביתם של כל כך הרבה תכונות קליטת אור חזקות (במיוחד בחומרים ביולוגיים) שהוא מכונה "אזור טביעות האצבע". העוצמה והקוהרנטיות הגבוהה של המסרקים, יחד עם המרווח הרחב של "שיניהם" בתדר, מאפשרים לתעד צורות קו מולקולריות אלה במהירויות גבוהות.

בנוסף להיותו יעיל ביותר, ההגדרה החדשה היא גם פשוטה יחסית. "גישות רבות אחרות לספקטרוסקופיה מסרקת כפולה באינפרא אדום האמצעית דרשו שני מסרקים נפרדים שצריכים להיות נעולים זה בזה בחוזקה", מסביר לונג. "משמעות הדבר היא מורכבות ניסויית מוגברת מאוד. יתרה מכך, לטכניקות קודמות בדרך כלל לא היה כוח גבוה או אפשרות לכוון את מרווח המסרק לערכים גדולים מספיק".

כוונון זה ברווח רחב אפשרי, מוסיף לונג, מכיוון שלמסרק האלקטרו-אופטי החדש יש רק 14 "שיניים", בהשוואה לאלפי או אפילו מיליונים עבור מסרקות תדרים קונבנציונליות. לכן לכל שן יש כוח הרבה יותר גבוה והיא רחוקה מהשיניים האחרות בתדירות, מה שמביא לאותות ברורים וחזקים.

מסרק תדר שולחן בודק מבני חלבון

"הגמישות והפשטות של השיטה החדשה הם שניים מהיתרונות העיקריים שלה", הוא אומר עולם הפיזיקה. "כתוצאה מכך, הוא ישים למגוון רחב של יעדי מדידה, כולל קינטיקה ודינמיקה כימית, מדעי הבעירה, כימיה אטמוספרית, ביולוגיה ולימודי פיזיקת קוונטים."

CO₂ פולסים

כמבחן, החוקרים השתמשו במערך שלהם כדי למדוד פולסים על-קוליים של CO₂ יציאה מזרבובית קטנה בתא מלא באוויר. הם הצליחו למדוד את ה-CO₂יחס ערבוב אוויר וראה כיצד CO₂ אינטראקציה עם אוויר כדי ליצור תנודות של לחץ אוויר. ניתן להשתמש במידע כזה כדי להבין טוב יותר תהליכים המתרחשים במנועי מטוסים וכך לסייע בפיתוח של מנועים טובים יותר.

כהמשך לניסויים אלה, המפורטים ב Nature Photonics, אומרים החוקרים שהם רוצים כעת לחקור מערכות כימיות אחרות מעניינות מבחינה מדעית.

• הפצת תוכן ויחסי ציבור מופעל על ידי SEO. קבל הגברה היום.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. העצים את עצמך. גישה כאן.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. הידע מוגבר. גישה כאן.
• PlatoESG. פחמן, קלינטק, אנרגיה, סביבה, שמש, ניהול פסולת. גישה כאן.
• PlatoHealth. מודיעין ביוטכנולוגיה וניסויים קליניים. גישה כאן.
• מקור: https://physicsworld.com/a/frequency-comb-identifies-molecules-every-20-nanoseconds/