单光束二维光谱法有望揭开大分子动力学之谜

　　分析测试百科网讯 尽管我们可以“通过不同方式看到事物”，但是看到的过程对于我们每个人来说是相同的：光照射到物体上，然后我们感受到物体上朝我们反射来的光波。这是对生活中“线性光学”的基本描述。

　　Weizmann科学研究所开发的一种新方法使研究人员能够真正通过不同方式看到事物。他们的方法是基于“非线性光学”的光学现象，这种现象能够让他们观察到新的有趣的分子活动细节。该方法对于了解生物系统中运作的大分子的动力学可能非常有用。

　　这是一种光谱方法——从材料散射的光来研究他们的性质。Weizmann科学研究人员开发的光谱方法是二维的：以两个不同波长同时照射分子并测量分子响应。

　　Weizmann科学研究所复杂系统物理学部门Yaron Silberberg教授团队的研究生Hadas Frostig说，这种二维的方法可以揭示分子结构的微妙动态变化：“在特定的环境下，分子 的结构影响它与其他分子相互作用的方式。例如，蛋白质的特定折叠方式决定了它在人体内的功能。”

　　Weizmann研究所的研究并不是第一个尝试开发这种类型的基于非线性拉曼散射的二维光谱方法。1928年被首次报道的拉曼散射光谱，涉及的是测量照射在物体上的以及从该物体反射、散射光的波长区别。在1990年代首先进行的研究使几种基于拉曼光谱的二维光谱方法发展起来。

二维光谱设置：一个独特的超短脉冲成形方法使他们能够“多光束合一”。

　　然而，这些方法都存在问题。例如，他们需要使用不同方向的多个光束，并且这些光束必须精确匹配。稳定性是另一个严重的问题。但有一个本质上无法解决的复杂问题：二维拉曼光谱返回两个信号——一个携带有用信息但另一个没有。另外，无用的信号不仅很难与有用信号分开，而且它往往是两个中较强的那个。尽管作了很多努力试图减弱或是消除第二个信号，但这些方法很复杂，最终只能废而不用。

　　该研究团队——包括Silberberg 和 Frostig、同一部门的Nirit Dudovich教授、Tim Bayer博士（Silberberg团队的前博士后研究员）、以及Yonina Eldar教授（以色列理工学院），他们使用的方法是基于极短的闪烁光。该团队的新方法及时地给了很小一部分的脉冲一个形状。形成的脉冲使他们在只有一个激光束的情况下获得二维的测量结果。这种单光束的方法与先前的拉曼光谱方法一起解决了其中的两个问题：它绕过了协调不同光源的需要，使得所有光在同样的传播路径中消除了无用信号。

　　Silberberg提到新方法不需要对光进行任何特殊的过滤，因为不管是从样品散射的光还是不散射的光它都利用到了。“没有散射的光线不仅消除了无用的信号还帮助增强了我们想看到的信号”，他说。

　　虽然这种新方法仍处于早期阶段，但是科学家们希望它发展成为一个揭示如蛋白质等大分子动力学的系统，以帮助了解它们的结构变化是如何导致复杂的生物学过程的。