2020年01月03日， 近日，《自然》雜志報(bào)道，德國(guó)慕尼黑大學(xué)的阿托秒物理學(xué)實(shí)驗(yàn)室的科學(xué)家們開發(fā)了一種獨(dú)特的激光技術(shù)，可用于分析生物樣品的分子組成。由此，研究人員或能探測(cè)有機(jī)系統(tǒng)化學(xué)組成的微小變化。

在生物化學(xué)層面，生物被認(rèn)為是不同種類分子的復(fù)雜集合。生物細(xì)胞在代謝過(guò)程中會(huì)合成很多化合物，并以多種方式對(duì)其進(jìn)行修飾。這些化合物中的很大一部分會(huì)進(jìn)入細(xì)胞間介質(zhì)中，并在血液等體液中逐漸積累起來(lái)。生物醫(yī)學(xué)研究的主要目的之一在于，通過(guò)分析這些極為復(fù)雜的分子混合物，了解生物體狀態(tài)。所有的分化細(xì)胞類型都參與到了復(fù)雜的生命活動(dòng)中。其中，癌前和惡性細(xì)胞有它們自己特殊的分子標(biāo)記，這些標(biāo)記是腫瘤細(xì)胞已在體內(nèi)存在的首個(gè)跡象。然而，這些指示分子的識(shí)別難度很高。為了確定這些包含豐富信息的特征分子，研究人員需要一種靈活、靈敏的單一分析方法來(lái)進(jìn)行分子水平檢測(cè)。

為此，阿托秒物理學(xué)實(shí)驗(yàn)室的研究人員Ferenc Krausz教授領(lǐng)導(dǎo)的跨學(xué)科團(tuán)隊(duì)，開發(fā)了一種新型的激光系統(tǒng)。該系統(tǒng)可使科學(xué)家獲取紅外光譜形式的化學(xué)指紋，進(jìn)而揭示化合物的分子組成。這項(xiàng)技術(shù)具有空前的靈敏度，可用于所有已知生物分子的檢測(cè)。

新系統(tǒng)是一種基于超短激光脈沖技術(shù)的激光光譜儀。超短激光脈沖主要用于研究亞原子系統(tǒng)的超快動(dòng)力學(xué)。物理學(xué)家Ioachim Pupeza等承擔(dān)了儀器的設(shè)計(jì)工作，他們?cè)O(shè)計(jì)的強(qiáng)大激光脈沖覆蓋了紅外波段的大部分譜段，每一個(gè)脈沖可持續(xù)幾飛秒。這種極短暫的脈沖會(huì)引發(fā)原子間的鍵振動(dòng)。脈沖通過(guò)后，振動(dòng)分子會(huì)發(fā)出包含高度特征波長(zhǎng)的相干光。該技術(shù)使捕獲全部的發(fā)射波長(zhǎng)具備了可行性。樣品中的每一種化合物都以特定的頻率振動(dòng)，因此在激光光譜儀的檢測(cè)下，任何分子都“無(wú)處可藏”。研究人員Marinus Huber解釋說(shuō)：“激光光譜儀可以覆蓋大范圍的紅外波長(zhǎng)。與質(zhì)譜法不同，這種技術(shù)可以捕獲生物樣本中所有類型的分子。”

在初始實(shí)驗(yàn)中，研究人員已將此項(xiàng)技術(shù)用于樹葉、活細(xì)胞和血液樣本。生物學(xué)家Mihaela Zigman說(shuō)：“激光光譜儀精確測(cè)定體液分子組成變化的能力賦予了生物學(xué)和醫(yī)學(xué)新的可能性。在未來(lái)，這項(xiàng)技術(shù)有望用于疾病的早期檢測(cè)。”