Материалы портала «Научная Россия»

0 комментариев 1426

Спектроскопия для анализа молекулярного состава

Спектроскопия для анализа молекулярного состава
Ученые разработали уникальную лазерную технологию для анализа молекулярного состава биологических образцов. Она способна обнаруживать минимальные изменения в химическом составе органических систем.

Ученые из лаборатории аттосекундной физики разработали уникальную лазерную технологию для анализа молекулярного состава биологических образцов. Она способна обнаруживать минимальные изменения в химическом составе органических систем, - пишет eurekalert.org.

На биохимическом уровне организмы могут рассматриваться как сложные коллекции различных видов молекул. В процессе метаболизма биологические клетки синтезируют химические соединения и модифицируют их различными способами. Многие из этих продуктов попадают в межклеточную среду и накапливаются в жидкостях организма, таких как кровь. Одна из основных целей биомедицинских исследований - понять, что эти невероятно сложные смеси молекул могут рассказать нам о состоянии соответствующего организма. Все дифференцированные типы клеток работают на благо этой смеси. Но предраковые и злокачественные клетки добавляют свои специфические молекулярные маркеры - и они дают первые признаки наличия опухолевых клеток в организме. Однако до сих пор идентифицировано очень мало этих индикаторных молекул, а те, которые известны, появляются в незначительных количествах в биологических образцах. Поэтому их чрезвычайно трудно обнаружить. Предполагается, что многие из наиболее информативных молекулярных сигнатур включают комбинации соединений, которые относятся к различным типам молекул, обнаруживаемым в клетках, - белкам, сахарам, жирам и их разнообразным производным. Для их определения необходим единый аналитический метод, который является универсальным и достаточно чувствительным, чтобы обнаруживать их и измерять их уровни.

Междисциплинарная команда во главе с профессором Ференцем Краусом создала новую лазерную систему специально для этой цели. Эта группа основана в Лаборатории аттосекундной физики, которой руководят совместно Университет Людвига-Максимилиана в Мюнхене и Институт квантовой оптики Макса Планка, и в нее входят физики, биологи и ученые, занимающиеся данными. Эта система позволяет получать химические отпечатки пальцев в виде спектров инфракрасного света, которые выявляют молекулярные составы образцов всех видов, в том числе образцов биологического происхождения. Методика предлагает беспрецедентную чувствительность и может использоваться для всех известных классов биомолекул.

Новый лазерный спектрометр основан на технологиях, первоначально разработанных в LAP для производства ультракоротких лазерных импульсов, которые используются для изучения сверхбыстрой динамики субатомных систем. Прибор, созданный физиком Иоахимом Пупезой и его коллегами, предназначен для излучения цепочек чрезвычайно мощных импульсов лазерного света, которые охватывают широкий участок спектра в инфракрасной области волн. Каждый из этих импульсов длится несколько фемтосекунд (в научных обозначениях 1 фс = 10 -15 с, одна миллионная часть миллиардной доли секунды). Эти чрезвычайно короткие вспышки инфракрасного света заставляют вибрировать связи между атомами. Эффект аналогичен удару по камертону. После прохождения импульса вибрирующие молекулы излучают когерентный свет на очень характерных длинах волн или, что эквивалентно, частотах колебаний. Новая технология позволяет захватывать весь ансамбль излучаемых длин волн. Поскольку каждое отдельное соединение в образце вибрирует с определенным набором частот, оно вносит свой собственный четко определенный «подспектр» в излучение. Молекулам некуда спрятаться.

«С помощью этого лазера мы можем охватить широкий диапазон длин волн инфракрасного излучения - от 6 до 12 микрометров, - которые стимулируют колебания в молекулах, - говорит Маринус Хубер - первый автор исследования и член группы биолога Михаэлы Зигман, которая также участвует в экспериментах, проводимых в LAP. - В отличие от масс-спектроскопии, этот метод обеспечивает доступ ко всем типам молекул, обнаруженных в биологических образцах», - объясняет она.

Каждый из ультракоротких лазерных импульсов, используемых для возбуждения молекул, состоит всего из нескольких колебаний оптического поля. Кроме того, спектральная яркость импульса (то есть его плотность фотонов) в два раза выше, чем у обычных синхротронов, которые до сих пор служили источниками излучения для сопоставимых подходов к молекулярной спектроскопии. Кроме того, инфракрасное излучение является пространственно и временно когерентным. Все эти физические параметры вместе составляют чрезвычайно высокую чувствительность новой лазерной системы, позволяя обнаруживать молекулы, присутствующие в очень низких концентрациях, и получать высокоточные молекулярные отпечатки пальцев. Теперь образцы живой ткани толщиной до 0,1 мм могут впервые освещаться инфракрасным светом и анализироваться с беспрецедентной чувствительностью. В начальных экспериментах команда LAP применила эту технику к листьям и другим живым клеткам, а также к образцам крови. «Эта способность точно измерять изменения в молекулярном составе жидкостей организма открывает новые возможности в биологии и медицине, и в будущем этот метод может найти применение для раннего выявления нарушений», - говорит Зигман.

[Фото: ru.123rf.com/profile_3dart]

Источник: www.eurekalert.org

биомедицинские исследования молекулы молекулярный состав спектроскопия

Назад

Социальные сети

Комментарии

Авторизуйтесь, чтобы оставить комментарий

Информация предоставлена Информационным агентством "Научная Россия". Свидетельство о регистрации СМИ: ИА № ФС77-62580, выдано Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций 31 июля 2015 года.