近期，醫(yī)學(xué)物理中心醫(yī)用激光技術(shù)研究室自主研制出電光調(diào)Q納秒脈沖鈥激光器。該激光器可以使“脈沖升溫-納秒時(shí)間分辨瞬態(tài)中紅外光譜儀”（中科院大型儀器研制項(xiàng)目）的紅外吸收差譜測(cè)量精度達(dá)到了萬(wàn)分之一OD，時(shí)間分辨率提高至20ns，達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平。近日，該研究成果發(fā)表于工程技術(shù)類(lèi)國(guó)際權(quán)威期刊《科學(xué)儀器評(píng)論》（Rev.Sci.Instrum.,86,053105(2015)）。
脈沖升溫-納秒時(shí)間分辨瞬態(tài)中紅外光譜儀是蛋白質(zhì)折疊動(dòng)力學(xué)過(guò)程研究的有力工具，它利用激光誘導(dǎo)脈沖升溫技術(shù)使蛋白質(zhì)快速升溫，觸發(fā)蛋白質(zhì)快速發(fā)生折疊/開(kāi)折疊的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)變化，從而開(kāi)展對(duì)其動(dòng)力學(xué)特性和折疊機(jī)制的研究。蛋白質(zhì)折疊機(jī)制的闡明將破譯生命體內(nèi)的“第二遺傳密碼”——折疊密碼(foldingcode)，該工作是極富有挑戰(zhàn)性的。在蛋白質(zhì)加熱方面，由于一些蛋白質(zhì)折疊的過(guò)程只有皮秒至微秒量級(jí)，十分短暫，如何實(shí)現(xiàn)蛋白質(zhì)的瞬態(tài)加熱對(duì)蛋白質(zhì)折疊動(dòng)力學(xué)的研究至關(guān)重要，必須采用適合的激光波長(zhǎng)以及高穩(wěn)定性的短脈沖激光源才能達(dá)到最佳的效果。然而，Nd:YAG激光器、拉曼激光器以及非線(xiàn)性光學(xué)變頻等技術(shù)手段，由于種種缺陷而難以滿(mǎn)足該研究的需求。
醫(yī)用激光技術(shù)研究室吳先友研究員的研究團(tuán)隊(duì)，成功突破了2-3微米波段長(zhǎng)期缺乏高損傷閾值電光Q開(kāi)關(guān)的難題，在國(guó)際上首次采用了自主設(shè)計(jì)的新型電光Q開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)了500mJ高脈沖能量的納秒鈥激光輸出，相關(guān)研究成果已經(jīng)發(fā)表于國(guó)際權(quán)威光學(xué)期刊《光學(xué)快報(bào)》（OpticsLetters.2012,37(11):1986）。并將該電光調(diào)Q技術(shù)應(yīng)用于鉺激光，實(shí)現(xiàn)了高脈沖能量的納秒鉺激光輸出（OpticsLetters.2013,38(12):2150、OpticsExpress.2014,22(13):15686）。電光調(diào)Q納秒脈沖2-3微米激光能夠?yàn)樯?、醫(yī)療、環(huán)境和國(guó)防安全等領(lǐng)域的相關(guān)研究提供優(yōu)質(zhì)的激光源。
自主研制的電光調(diào)Q納秒脈沖鈥激光器以其高的光束質(zhì)量、好的空間模式和穩(wěn)定的輸出能量，實(shí)現(xiàn)了對(duì)蛋白質(zhì)的快速加熱和折疊，獲得了很好的效果。納秒鈥激光加熱蛋白質(zhì)是非接觸加熱，不會(huì)引入雜質(zhì)，而且加熱快，效果好，能夠提高“脈沖升溫-納秒時(shí)間分辨瞬態(tài)中紅外光譜儀”的時(shí)間分辨率，獲得更加精確的動(dòng)力學(xué)信息，為研究蛋白質(zhì)納秒到微秒時(shí)間刻度的動(dòng)力學(xué)過(guò)程提供了有力的手段。
電光調(diào)Q納秒脈沖鈥激光技術(shù)的突破，極大地拓展了鈥激光的應(yīng)用領(lǐng)域和范圍，不僅為生物學(xué)中激光生物相互作用研究提供了新的手段，而且還將為中紅外激光光譜、光參量振蕩、激光醫(yī)療、激光加工、激光雷達(dá)等提供新的裝備。
該研究得到國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目、中科院知識(shí)創(chuàng)新工程項(xiàng)目的支持。
利用納秒鈥激光進(jìn)行蛋白質(zhì)加熱的脈沖升溫-時(shí)間分辨中紅外光譜儀
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