Что-то Гаряев вспомнился...
(опять 2009 год - Япония)
"Методы визуализации, использующие проникающие способности терагерцевых волн, имеют принципиальные отличия от рентгеновской визуализации в том, что они безопасны и могут использовать вибрацию молекул для идентификации конкретных материалов. Такие приложения, как патологическое исследование тканей или идентификация лекарств или взрывчатых веществ в почтовых упаковках, привлекли внимание. В частности, полоса 1–3 ТГц соответствует колебаниям водородных связей и других сил между молекулами и фононным модам в кристаллических решетках. Это перспективно для выявления токсичных или взрывоопасных веществ, а также имеет применение в спектральном анализе макромолекул, таких как белки.
Молекулы имеют тенденцию образовывать кластеры на основе слабых сил, действующих между ними, таких как водородные связи и силы Ван-дер-Ваальса ( рис. 1).). В этих кластерах молекулы белка и воды присоединяются к молекулам лекарств и образуют большие молекулярные сети. Эти сети являются очень важным фактором, связанным с проблемами в области наук о жизни и биотехнологии, такими как эффективность лекарств и структура белков высокого порядка, но они все еще не до конца поняты. Одна из причин этого заключается в том, что размер кластера находится на нанометровом уровне, и существует несколько способов измерить размер, когда включен водный компонент кластера. В течение некоторого времени было известно, что резонансные частоты этих молекулярных сетей находятся в терагерцовом диапазоне, но было трудно проводить измерения спектра поглощения в дальнем инфракрасном диапазоне на частотах ниже 6 ТГц (приблизительно 200 см -1).), что соответствует комнатной температуре. Однако в последнее время стало возможным проводить стабильные измерения спектров с частотой 0,17 ТГц, благодаря достижениям в области терагерцовой спектроскопии во временной области (ТГц-TDS), в которой используются терагерцовые электромагнитные импульсы порядка 10 фс, генерируемые с помощью ультракороткоимпульсного лазера.

Терагерцовая спектроскопия разрабатывается при поддержке оптических технологий, таких как высокопроизводительные источники света и высокочувствительные детекторы ( рис. 2).). Взаимодействие между молекулами и резонансные частоты между ними активно исследуются, и такие темы, как кристаллический полиморфизм лекарств, становятся ключевыми приложениями для терагерцевой спектроскопии. Развитие терагерцовой спектроскопии только началось, но если мы сможем улучшить спектральную чувствительность и разработать теорию, объясняющую взаимодействие между молекулами и терагерцовым излучением, включая моделирование, то появятся многие новые приложения. В биотехнологии к ним относятся способы определения структуры белков высокого порядка или новых устройств, которые имитируют все пять чувств человека. В науках о жизни технологии контроля положения молекул могут привести к открытию и разработке новых лекарств или к новым методам медицинской визуализации.
В кристаллах сахаров или аминокислот сеть водородных связей, образующая кристалл, определяет ориентацию всей молекулы. В качестве знакомого примера рассмотрим монокристаллы сахара (каменная крошка). Мы разработали зависимую от угла систему THz-TDS, показанную на рис. 3, для изучения сетей водородных связей. Терагерцовый импульс генерируется с помощью ультракороткоимпульсного лазера и фотопроводящей антенны. Аналогичная фотопроводящая антенна используется для детектора. Хотя генерируются частоты до 14 ТГц, частоты от 7 до 10 ТГц поглощаются полупроводниковым материалом фотопроводящей антенны, поэтому эффективный диапазон измерений составляет от 0,1 до 7 ТГц.

Терагерцовый спектр кристалла сахарозы измеряли при изменении угла падения. Мы установили угол равным 0 °, когда поляризация терагерцового излучения была параллельна оси b кристалла, что определено дифракцией рентгеновских лучей. Форма спектра существенно изменилась при повороте угла от 0 ° до 90 °. В частности, пик 1,45 ТГц был очень большим при 0 °, но он полностью исчезал при 90 °, когда падающая поляризация была параллельна оси b. Напротив, мы нашли другие пики, которые были большими при 90 °. Это указывает на то, что в одном кристалле сахарозы имеется несколько сетей водородных связей и что, когда они ориентированы параллельно поляризации падающего излучения, пики в спектре появляются, когда диполи поглощают терагерцовое излучение.
Терагерцовые изображения на рис. 3 показывают полученные в результате изображения пропускания, когда лазерный свет с частотой 1,45 ТГц был направлен на монокристалл сахарозы под углом от 0 ° (верхнее изображение) до 90 ° (нижнее изображение). При 0 ° кристалл сахарозы поглощал излучение терагерцового лазера, поэтому не было пропускаемого изображения, но при 90 ° было четкое изображение, поскольку излучение не поглощалось. Другими словами, интенсивность определенных частот можно контролировать, изменяя угол наклона кристалла. Это указывает на то, что должна быть возможность конструировать оптические материалы для терагерцового диапазона, используя характеристики поглощения молекулярных сетей.
...Мы представили примеры исследований NTT по молекулярным сетям с использованием терагерцевой спектроскопии. Чтобы установить эту технологию в качестве нового метода спектрального анализа, будущие исследования должны будут сосредоточиться на улучшении технологии устройств, увеличении мощности источников света и чувствительности и скорости детекторов, улучшении технологии формирования изображений в реальном времени и решении различных других вопросов, таких как теоретическая атрибуция терагерцовых спектральных пиков и построение базы данных. Терагерцовая спектроскопия очень перспективна как инструмент, который будет доступен в ближайшем будущем для широкого спектра применений, таких как получение медицинских изображений и био-чипы, в областях науки о жизни и биотехнологии."
- Подпись автора
Информационный перенос частот веществ, все подробности
Некоторые наши результаты