Ученые из Лаборатории Аттосекундной физики разработали уникальную лазерную технологию для анализа молекулярного состава биологических образцов. Он способен обнаруживать минимальные изменения в химическом составляющих органических систем.
На биохимическом уровне организмов можно рассматривать как сложный коллекции различных видов молекул. В процессе их метаболизма, биологических клеток синтезировать химические соединения, а также изменять их в самых различных направлениях. Многие из этих продуктов выпускаются в межклеточной среде и накапливаются в жидкостях организма, таких как кровь. Одной из основных целей медико-биологические исследования, чтобы понять, что эти чрезвычайно сложные смеси молекул может рассказать о состоянии соответствующего организма. Все дифференцированные типы клеток, способствует этот «суп». Но предраковых и злокачественных клеток добавить свои специфические молекулярные маркеры — и они дают первые указания на наличие опухолевых клеток в организме. До сих пор, однако, очень немногие из этих молекул индикатора были определены, а те, что, как известно, появляются в небольших количествах в биологических образцах. Это делает их чрезвычайно трудно обнаружить. Предполагается, что многие из наиболее информативных молекулярных подписей составляют комбинации соединений, которые относятся ко всем различных типов молекул, находящихся в клетки-белки, сахара, жиры и их разнообразных производных. Для того, чтобы определить их, один аналитический метод, который является универсальным и достаточно чувствительны, чтобы обнаружить и измерить уровни всех из них нужен.
Междисциплинарная команда под руководством профессора Ференца Крауса теперь построили новые лазерные системы, специально предназначенные для этой цели. Группа базируется в лаборатории Аттосекундной физики (круг), который осуществляется совместно Людвиг-Максимилианс-университет (ЛМУ) в Мюнхене и Института Макса Планка по квантовой оптике (его), и он включает в себя физиков, биологов и специалистов по обработке данных. Эта система позволяет получать химические отпечатки в виде спектров инфракрасного света, которые раскрывают молекулярные составы образцов всех видов, в том числе образцов биологического происхождения. Методика обеспечивает беспрецедентную чувствительность и могут использоваться для всех известных классов биомолекул.
Новый лазерный спектрометр основывается на технологиях, которые изначально были разработаны в коленях для производства ультракоротких лазерных импульсов, которые используются для исследования динамики ультрабыстрых субатомных систем. Инструмент, который был построен по физике Ioachim Pupeza и его коллеги, предназначен для излучают поезда чрезвычайно мощные импульсы лазерного света, которые охватывают большую часть спектра в инфракрасном диапазоне длин волн. Каждый из этих импульсов составляет несколько фемтосекунд (в научной нотации 1 ФС = 10 -15 С, одна миллионная миллиардной доли секунды). Эти чрезвычайно короткими вспышками инфракрасного света вызывает в узах, которые связывают атомы вместе, чтобы вибрировать. Эффект аналогична ударив камертон. После прохождения импульса, вибрируя молекулы излучают когерентный свет в чрезвычайно характерные длины волн или, что то же, частоты колебаний. Новая технология позволяет захватить полный ансамбль излучаемых длин волн. Поскольку у каждого отдельного здания в образце вибрирует на конкретном наборе частот, он вносит свою хорошо продуманную subspectrum на выброс. Нет молекулярного вида в любом месте, чтобы скрыть.
«С помощью этого лазера, мы можем охватить широкий спектр инфракрасных волн-от 6 до 12 микрометров, — что стимулировать вибрации молекул,» говорит Маринус Хубер, сустава первый автор изучения и член биолог Михаэла Зигман группы, который также принимал участие в экспериментах, выполненных в коленях. «В отличие от масс-спектроскопии, этот метод обеспечивает доступ ко всем типам молекул, находящихся в биологических образцах», — объясняет она.
Каждый из ультракоротких лазерных импульсов, используемых для возбуждения молекул состоит всего из нескольких колебаний светового поля. Кроме того, спектральная яркость импульса (т. е. его плотности фотон) в два раза выше, чем получаемые с помощью обычных синхрофазотроны, который до сих пор служил в качестве источников излучения для сопоставимых подходов к молекулярной спектроскопии. Кроме того, инфракрасное излучение является пространственно-временную когерентную. Все эти физические параметры в совокупности составляют чрезвычайно высокая чувствительность новой лазерной системы, позволяя молекулы присутствуют в очень низких концентрациях, чтобы быть обнаружены и высокоточных молекулярных отпечатков пальцев, который будет произведен. Мало того, образцы живой ткани до 0,1 мм, может, в первый раз, будет освещаться с помощью инфракрасного света и проанализированы с непревзойденной чувствительностью. В начальных экспериментах, команда на коленях применил технику, чтобы листья и другие живые клетки, а также образцы крови. «Эта способность точно измерить изменения в его молекулярный состав жидких сред организма открывает новые возможности в биологии и медицине, а в перспективе методика может найти применение в ранней диагностике заболеваний,» говорит Зигман.
сделать разницу: спонсорские возможности
Ответить
Хотите присоединиться к обсуждению?Не стесняйтесь вносить свой вклад!