中科院物理所成功研制高精度脈沖升溫---納秒時間分辨中紅外瞬態(tài)光譜儀

　　“十年磨一劍，不敢試鋒芒，再磨十年劍，泰山石敢擋”。每一位從事實驗研究的科研人員都夢想手中有一把利器，能夠和俠客一樣在科學(xué)的天地里縱橫天下，快意恩仇。然而當(dāng)看準(zhǔn)一個研究方向后，手頭不可能都有現(xiàn)成的設(shè)備，尤其是遇到國外設(shè)有技術(shù)壁壘的時候。

　　5月27日，Review　of　Scientific　Instruments　發(fā)表了中科院物理研究所軟物質(zhì)物理重點實驗室翁羽翔研究組的一篇題為A Q-switched Ho:YAG laser assisted nanosecond time-resolved T-jump transient mid-IR absorbance spectroscopy with high sensitivity的儀器研制論文，便是一項磨劍之作。

　　蛋白質(zhì)的動態(tài)結(jié)構(gòu)信息是理解其生物學(xué)功能的基礎(chǔ)。為此國際上發(fā)展多種蛋白質(zhì)動態(tài)結(jié)構(gòu)的測量方法，各有千秋。脈沖升溫-納秒時間分辨瞬態(tài)紅外光譜便是其中的一種，相比較而言，該方法的特點時具有高的時間分辨率。其中涉及的關(guān)鍵設(shè)備之一為可調(diào)諧連續(xù)工作中紅外激光源，用于蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)變化的紅外指紋光譜指認(rèn)。由于其在軍事用途方面的敏感性，在2009年之前一直屬于對華出口限制物資。

　　翁羽翔研究組長期致力于脈沖升溫納秒時間分辨紅外光譜技術(shù)的發(fā)展及其在蛋白質(zhì)動態(tài)結(jié)構(gòu)方面的應(yīng)用研究。該課題組與大連理工大學(xué)于清旭教授開展長期合作，于2005年建立了基于國內(nèi)一氧化碳?xì)怏w中紅外激光技術(shù)的寬譜帶脈沖升溫-時間分辨瞬態(tài)光譜儀(測量精度為千分之一的吸光度差10-3ΔOD，Chin. Phys. 2005，14，2484)，并用于蛋白質(zhì)動態(tài)結(jié)構(gòu)的研究，取得了系列成果(Biophysical Journal，2007，93，2756-2766;2009，97，2811-2819;　Scientific Reports，2014，4，4834)。在前期大量工作的基礎(chǔ)上，該課題組意識到只有將已有設(shè)備的測量精度再提高一個數(shù)量級，即到達(dá)萬分之一的吸光度差(10-4ΔOD)之后才能滿足普適性要求，由此對脈沖升溫光源和一氧化碳?xì)怏w紅外激光光源提出更高的要求。

　　為此該課題組在2008年申請了中科院科研裝備研制項目，提出研制新一代具有國際先進(jìn)水平的脈沖升溫-納秒時間分辨中紅外吸收差光譜儀;包括研制高穩(wěn)定連續(xù)輸出可調(diào)諧一氧化碳中紅外激光探測光源，以及研制新型的脈沖激光加熱光源，即空間模式穩(wěn)定、輸出能量穩(wěn)定的納秒調(diào)Q的Ho:YAG脈沖近紅外激光光源(2.1微米，與安徽光機所吳先友研究員合作)。該設(shè)備對蛋白質(zhì)細(xì)胞色素c的脈沖升溫-時間分辨中紅外光譜測量結(jié)果表明，在蛋白質(zhì)酰胺I'光譜范圍(1600-1700　cm-1)內(nèi)達(dá)到的平均測量精度為2×10-4ΔOD　。該指標(biāo)目前領(lǐng)先于國際上同類設(shè)備。論文第一作者為物理所博士研究生李得勇，署名單位為中科院物理所，安徽光機所和大連理工大學(xué)，并申請了國家發(fā)明專利。

　　該工作的意義在于，通過對高性能設(shè)備的自主研發(fā)，不僅能夠滿足基礎(chǔ)研究的需求，同時還帶動了國內(nèi)特種激光技術(shù)的發(fā)展。

　　此項工作得到了中科院科研裝備研制項目和國家自然科學(xué)基金委的資助。