Feinstes Gespür für Moleküle

  • 28. February 2018

Extrem starke Infrarot-Lichtquelle mit breitem Spektrum entwickelt.

Infrarotlicht hat ein feines Gespür für Moleküle. Grund­lage dafür ist, dass Mole­küle durch infra­rote Strahlung in Schwin­gungen ver­setzt werden. Des­halb lässt sich Infra­rot­licht beispiels­weise zur Ana­lyse der mole­ku­laren Zusam­men­setzung von Proben ver­wenden. Damit diese Ana­lyse künftig noch exakter wird, haben Forscher der Uni München und des MPI für Quanten­optik jetzt eine Infra­rot­licht­quelle ent­wickelt, die über ein enorm breites Spektrum ver­fügt. Diese welt­weit einzig­artige Quelle kann künftig helfen, kleinste Mengen an Mole­külen auf­zu­spüren.

Infrarotlaser

Abb.: Das neue Lasersystem ist das welt­weit erste, das bei Leis­tungen von 19 Watt Infra­rot­licht­pulse bei Wellen­längen bis knapp unter 20.000 Nano­metern erzeugt. (Bild: T. Naeser)

Trifft Infrarotlicht auf Moleküle, beginnen diese zu schwingen. Für jedes Mole­kül einer bestimmten Art ist ein Wellen­längen-Bereich von ein bis dreißig Mikro­metern ver­ant­wort­lich. Inter­agiert das Infra­rot­licht mit den Mole­külen werden diese Wellen­längen aus­ge­löscht. Über die Ana­lyse des Spektrums schließen die Forscher auf die Zusammen­setzung der Probe. Je stärker dabei die Infra­rot­licht­quelle ist und je mehr Wellen­längen ein­ge­strahlt werden, desto sensi­tiver wird die Ana­lyse der Molekül-Zusammen­setzung einer Probe.

Das Team hat jetzt eine Infrarotlichtquelle, basierend auf einem neuen Scheiben­laser mit einem Holmium-YAG-Kristall ent­wickelt, die über ein Spektrum an Wellen­längen von fünf bis zwanzig Mikro­metern ver­fügt. Das neue System ist ein Kurz­puls­laser, der 77.000 Pulse pro Sekunde emit­tiert. Die Pulse selber dauern nur Femto­sekunden lang. Das Laser­system ist das welt­weit erste, das bei hohen Leis­tungen von 19 Watt Infra­rot­licht­pulse bei Wellen­längen bis knapp unter 20.000 Nano­metern erzeugt. Damit haben die Forscher mit ihrem Laser­system eine zehn Mal höhere Leistungs­fähig­keit in diesem Wellen­längen­bereich erzielt, als bisher erreicht wurde. Die emit­tierten Laser­pulse haben zudem eine fünf­mal kürzere Dauer als bei aktu­ellen Infra­rot-Laser­systemen.

Die neue Lichtquelle eröffnet zahlreiche Möglichkeiten, den Mikro­kosmos besser zu ver­stehen. So können etwa über Spektro­skopie und Infra­rot-Mikro­skopie Unter­suchungs­methoden viel sensi­tiver und ver­läss­licher konzi­piert werden. Für das Team bietet sich das besonders im Hin­blick auf Mole­küle an. Der Infra­rot­laser wird im Projekt „Broad­band Infra­red Diag­nos­tics“ zum Ein­satz kommen. Hier wollen die Wissen­schaftler Blut und Atem­luft auf ihre mole­kulare Zusammen­setzung unter­suchen. Sind im Blut oder der Atem­luft bestimmte Mole­küle vor­handen, wie sie nur im Fall einer Krebs­erkran­kung eines Patienten vor­kommen, wäre das ein ver­läss­licher Hin­weis, der weitere Unter­suchungen nötig machen würde. Man hätte damit ein neues Diagnose­werk­zeug zur Früh­erken­nung von Krank­heiten geschaffen.

MPQ / RK

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