20.03.2020

Moleküle blitzschnell beobachten

Kurze, starke Laserpulse machen die Verteilung kleinster Moleküle sichtbar.

Molekül­schwingungen lassen sich nur in kürzesten Sekunden­bruchteilen und mit sehr empfindlichen Methoden messen. Wichtig wären derartige Messungen, um die Konzen­tration kleinster Teilchen etwa in Blutproben oder bei der neuronalen Informations­übertragung im Gehirn feststellen zu können. Die bislang existierenden Mess­methoden sind jedoch zu ungenau für die sich schnell bewegenden Moleküle. Einem Team aus Max-Planck-Wissen­schaftlern ist ein entscheidender Schritt in Richtung genauerer Messungen gelungen.

Abb.: Mit kurzen Laser­pulsen ist es erstmals gelungen, durch ultras­chnelle...
Abb.: Mit kurzen Laser­pulsen ist es erstmals gelungen, durch ultras­chnelle Messungen das elektrische Feld von Wasser­molekülen zu erfassen. (Bild: T. Naeser, MPQ)

Hanieh Fattahi ist Forschungs­gruppenleiterin am Max-Planck-Institut für die Physik des Lichts. In ihrem Forschungs­projekt mit einem Team des Max-Planck-Instituts für Quantenoptik in Garching ist es erstmals gelungen, durch ultra­schnelle Messungen das elektrische Feld von Wasser­molekülen zu erfassen. Das eröffnet neue Möglich­keiten, bespielsweise für die medizinische Forschung: In Sekunden­bruchteilen kann so die Zusammen­setzung von medizinischen Proben gemessen werden, und die Konzentration der einzelnen Moleküle darin. Auch Vorgänge, die nur sehr kurz andauern, wären beobachtbar, etwa die chemische Signal­übertragung durch Neuro­transmitter im synaptischen Spalt. So schwer die Beobachtung der kleinen Moleküle bisher ist, so schwerwiegend ist ein Ungleich­gewicht in der Konzentration der Neuro­transmitter, das als Auslöser unter­schiedlicher psychischer und motorischer Erkrankungen vermutet wird. 

Als erste Demonstra­tion nutzten die Forscher ihre Laserquelle, um einzelne Wasser­moleküle zu analysieren. „Wir konnten erstmals das komplexe elektrische Feld des von Wasser­molekülen absorbierten Lichts im nahen infraroten Spektral­bereich nachweisen“, sagt Fattahi. Auf der Grundlage dieser Ergebnisse erwartet Hanieh Fattahi, mit der entwickelten Laser­architektur spektro­skopische Analysen von Molekül­schwingungen im Femtosekunden­bereich durchzuführen. Ihre Gruppe forscht nun daran, diese Technik auf biologische Proben anzuwenden.

MPL / JOL

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