Las moléculas son los componentes básicos de la vida. Como todos los demás organismos, estamos hechos de ellos. Controlan nuestro biorritmo, y también pueden reflejar nuestro estado de salud. Los investigadores dirigidos por Ferenc Krausz en el Laboratorio de Física de Attosegundos (LAP), una empresa conjunta entre Ludwig-Maximilians-Universität (LMU) y el Instituto Max Planck de Óptica Cuántica (MPQ) en Múnich, quieren utilizar luz infrarroja brillante para estudiar moléculas marcadores de enfermedades con mucho mayor detalle, por ejemplo, para facilitar el diagnóstico de cáncer en etapa temprana. El equipo ha desarrollado una potente fuente de luz de femtosegundos que emite a longitudes de onda entre 1,6 y 10,2 micrómetros. Este instrumento debería permitir la detección de moléculas orgánicas presentes en concentraciones extremadamente bajas en sangre o aire aspirado.

Miles de moléculas reaccionan de formas muy específicas a la luz de ciertas longitudes de onda en la región del infrarrojo medio. Al absorber longitudes de onda particulares, cada tipo de molécula en una muestra imprime una firma específica en el haz transmitido, que sirve como huella molecular. Con una fuente de luz infrarroja media de banda ancha, se detectan las huellas dactilares de muchas estructuras moleculares a la vez:en una muestra de sangre o aire aspirado, por ejemplo. Si la muestra contiene moléculas marcadoras asociadas con estados patológicos específicos, estos también revelarán su presencia en el espectro de la luz infrarroja transmitida.

Los físicos de LAP ahora han construido una fuente de luz de este tipo, que cubre las longitudes de onda entre 1,6 y 10,2 micrones. El sistema láser exhibe una potencia de salida promedio a nivel de vatios, y es bien enfocable, lo que da como resultado una fuente de luz infrarroja muy brillante. Esta característica mejora la capacidad de detectar moléculas presentes en concentraciones extremadamente bajas. Además, el láser puede producir trenes de pulsos de femtosegundos, lo que permite realizar mediciones con resolución temporal, silenciosas y muy precisas.

En el presente, La espectroscopia infrarroja se basa a menudo en el uso de luz incoherente, que proporciona cobertura de toda la región del infrarrojo medio. Sin embargo, el brillo relativamente bajo del haz producido por fuentes incoherentes reduce notablemente la capacidad de detectar huellas dactilares moleculares muy débiles. Alternativamente, se puede utilizar la radiación de sincrotrón producida en aceleradores de partículas, pero esas instalaciones escasean y son extremadamente caras. Sin embargo, Los métodos basados ​​en láser pueden generar rayos aún más brillantes que los sincrotrones. Los físicos de LAP ahora han logrado construir una fuente de luz coherente que produce una luz láser brillante en una amplia región espectral en el rango infrarrojo. Ese solía ser el mayor inconveniente de las fuentes láser.Además, el nuevo sistema ocupa un espacio mucho más pequeño (y es mucho menos costoso) que un sincrotrón:cabe en una mesa grande.

"Por supuesto, Todavía queda un largo camino por recorrer hasta que podamos diagnosticar el cáncer en una etapa mucho más temprana que en la actualidad. Necesitamos una mejor comprensión de los marcadores de enfermedades y tenemos que diseñar una forma eficiente de cuantificarlos, por ejemplo, "dice Marcus Seidel, uno de los investigadores involucrados en el proyecto. "Pero ahora que disponemos de fuentes de luz significativamente mejoradas, podemos empezar a abordar estos problemas ". Además, el nuevo sistema láser encontrará aplicaciones en áreas más allá de las biociencias. Después de todo, La observación precisa de las moléculas y sus transformaciones está en el centro tanto de la química como de la física.