La nouvelle technique de spectroscopie vibrationnelle complémentaire repose sur des améliorations de la technologie laser pulsée ultracourte. Des chercheurs de l'Université de Tokyo espèrent utiliser la spectroscopie vibrationnelle complémentaire pour voir les molécules changer de forme en temps réel sans techniques invasives. Crédit :Takuro Ideguchi, CC BY-ND-4.0
Des chercheurs ont construit un nouvel outil pour étudier des molécules à l'aide d'un laser, un cristal et des détecteurs de lumière. Cette nouvelle technologie révélera les structures des molécules avec des détails et une spécificité accrus.
« Nous vivons dans un monde moléculaire où la plupart des choses qui nous entourent sont constituées de molécules :l'air, nourriture, boissons, vêtements, cellules et plus. L'étude des molécules avec notre nouvelle technique pourrait être utilisée en médecine, pharmacie, chimie, ou d'autres domaines, ", a déclaré le professeur agrégé Takuro Ideguchi de l'Institut des sciences et technologies photoniques de l'Université de Tokyo.
La nouvelle technique combine deux technologies actuelles dans un système unique appelé spectroscopie vibrationnelle complémentaire. Toutes les molécules ont de très petites, vibrations distinctives causées par le mouvement des noyaux des atomes. Des outils appelés spectromètres détectent comment ces vibrations amènent les molécules à absorber ou à disperser les ondes lumineuses. Les techniques de spectroscopie actuelles sont limitées par le type de lumière qu'elles peuvent mesurer.
Le nouveau spectromètre vibrationnel complémentaire conçu par des chercheurs au Japon peut mesurer un spectre de lumière plus large, combinant les spectres plus limités de deux autres outils, appelés spectromètres d'absorption infrarouge et de diffusion Raman. La combinaison des deux techniques de spectroscopie donne aux chercheurs des informations différentes et complémentaires sur les vibrations moléculaires.
« Nous avons remis en question le « bon sens » de ce domaine et développé quelque chose de nouveau. Les spectres Raman et infrarouge peuvent désormais être mesurés simultanément, " dit Ideguchi.
La spectroscopie vibrationnelle complémentaire est basée sur un spectromètre à transformée de Fourier bimodal avec un laser pulsé ultracourt. La mesure Raman est effectuée par spectroscopie de diffusion Raman cohérente à transformée de Fourier. La mesure infrarouge est effectuée par spectroscopie d'absorption infrarouge à transformée de Fourier avec une lumière infrarouge générée au niveau d'un cristal non linéaire. Crédit :Takuro Ideguchi
Les spectromètres précédents ne pouvaient détecter que des ondes lumineuses d'une longueur de 0,4 à 1 micromètre (spectroscopie Raman) ou de 2,5 à 25 micromètres (spectroscopie infrarouge). L'écart entre eux signifiait que la spectroscopie Raman et infrarouge devait être effectuée séparément. La limitation est comme essayer de profiter d'un duo, mais étant obligé d'écouter les deux parties séparément.
La spectroscopie vibrationnelle complémentaire permet de détecter des ondes lumineuses autour des spectres visible à proche infrarouge et moyen infrarouge. Les progrès de la technologie des lasers pulsés ultracourts ont rendu possible la spectroscopie vibrationnelle complémentaire.
A l'intérieur du spectromètre vibrationnel complémentaire, un laser titane-saphir envoie des impulsions de lumière proche infrarouge d'une largeur de 10 femtosecondes (10 quadrillions de seconde) vers l'échantillon chimique. Avant de frapper l'échantillon, la lumière est focalisée sur un cristal de séléniure de gallium. Le cristal génère des impulsions lumineuses dans l'infrarouge moyen. Les impulsions lumineuses proche et moyen infrarouge sont ensuite focalisées sur l'échantillon, et les ondes lumineuses absorbées et diffusées sont détectées par des photodétecteurs et converties simultanément en spectres Raman et infrarouge.
Jusque là, les chercheurs ont testé leur nouvelle technique sur des échantillons de produits chimiques purs couramment trouvés dans les laboratoires scientifiques. Ils espèrent que la technique sera un jour utilisée pour comprendre comment les molécules changent de forme en temps réel.
« Surtout pour la biologie, nous utilisons le terme « sans marquage » pour la spectroscopie vibrationnelle moléculaire car il est non invasif et nous pouvons identifier des molécules sans attacher de marqueurs fluorescents artificiels. Nous pensons que la spectroscopie vibrationnelle complémentaire peut être une technique unique et utile pour les mesures moléculaires, " dit Ideguchi.
