美国国家标准与技术研究院(NIST)的研究人员和合作者已经展示了一种紧凑的频率梳装置，可以快速测量整个红外光带，以检测物质的生物，化学和物理特性。红外光以比可见光更长的波浪传播，并且最常见的是与热相关的辐射。
NIST设置占据了几平方英尺的桌面空间，具有潜在的应用，例如疾病诊断，制造中使用的化学品识别和生物质能量收集。这项工作在6月7日的“ 科学进展”杂志中有所描述。
光频梳测量光的精确频率或颜色。各种梳子设计使得下一代原子钟的开发成为可能，并为环境应用提供了希望，例如检测甲烷泄漏。生物应用的发展较慢，部分原因是很难直接生成和测量相关的红外光。
为了展示生物学应用，NIST团队使用新仪器检测NIST单克隆抗体参考物质的“指纹”，这是一种由超过20,000个原子组成的蛋白质，生物制药行业使用这种蛋白质来确保治疗质量。
“我们的频率梳首次同时覆盖整个红外分子指纹区域，”项目负责人Scott Diddams说。“其他关键优势是速度，分辨率和采集数据的动态范围。”
中红外光是一种特别有用的研究探针，因为分子通常在这些频率下旋转和振动。但是到目前为止，由于缺乏宽带或可调光源以及有效的探测器(例如可用于可见光和近红外光的探测器)，探测该区域是困难的，红外光谱中最接近可见光的部分。
新的NIST设备克服了这些问题。简单的光纤激光器产生的光跨越用于识别分子的整个范围 - 即，中红外至远红外波长为3-27微米(频率约为10-100太赫兹)。在特定频率下吸收的光量提供了分子的独特特征。新系统在使用在近红外范围内工作的光电二极管(光探测器)探测吸收光的电场方面具有创新性。
“一个独特的特点是我们通过用近红外激光快速采样红外电场来实时检测信号，”Diddams解释道。“这有两个优点：它将检测从红外线转移到近红外线，我们可以使用廉价的电信光电二极管，我们不再受到需要低温(液氮)冷却的红外探测器的限制。”
研究人员在单克隆抗体参考材料中检测到三条酰胺(含有碳，氧，氮和氢的化学基团)的特征振动。蛋白质中的酰胺带用于确定折叠，解折叠和聚集机制。检测到的条带的特征表明蛋白质具有片状结构，与先前的研究一致。片材以平面排列连接化学基团。
除了生物学应用之外，新装置可用于检测红外光和凝聚物质之间的相互作用，用于量子计算方法，其将数据存储在分子振动或旋转中。此外，当与新颖的成像技术相结合时，桌面系统可以获得目前需要使用更大的同步加速器设备的样品的纳米级图像。