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呼口气让激光来诊断 科学家发现激光新用途

2008-03-05 08:45
木中君
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     拜激光光谱技术所赐,科学家从患者呼出的气体分子来诊断疾病,已不再是科幻情节。美国科学家改良了共振腔增强型光频梳(cavity-enhanced optical frequency comb)光谱技术,使其灵敏度更高、涵盖频谱更宽,因此可用来检测呼吸排出的气体分子,借助光谱分析协助诊断气喘或癌症之类的疾病。

     光频梳光谱技术使用锁模激光器来增加频宽,因此有别于单频激光系统,它能同时探测许多不同分子,而相比质谱仪(mass spectrometer),它的分子辨识能力更好、测量速度更快且价格更低。实验天文物理联合研究所(JILA)的Michael Thorpe指出,目前该系统可以探测出数十种分子,灵敏度约为十亿分之一(ppb),未来检测范围将可扩展到中红外线,光谱宽度将可增加到同时涵盖数千种分子。

     光频梳的概念不算新,但直到飞秒锁模光纤激光器出现后才获得推广。Thorpe的研究团队使用掺铒的锁模光纤激光器,其脉冲宽度为100 fs、频谱介于1.5到1.7 μm之间。将此脉冲导入光学增强共振腔,再搭配虚像相位阵列(virtually imaged phased array, VIPA)侦测器,就能得到800 MHz的高光谱分辨率。Thorpe表示,上述光学组合具有大频宽、高灵敏度与高分辨率的优点,可以用来分析复杂的气体样本。

     激光光脉冲被导入含有呼出气体的共振腔中,光在腔内来回反射增加了光与分子的作用时间,便能提高灵敏度。JILA团队借着比较进入与离开共振腔的光,来判断被吸收的光频率与光量。从共振腔射出的光被送入VIPA光谱仪,再利用计算机数据库与软件比较测得的光谱与单一分子光谱,就能决定共振腔内混合气体的个别分子含量。

     除了经由呼出气体分析诊断疾病外,此技术将非常有助于监测大气中的温室气体、分析气候研究的冰核样本与检测半导体制程气体中的杂质。研究团队希望能进行此技术的临床实验,并计划探索新的激光系统、共振腔与光探测方法。

声明: 本文由入驻维科号的作者撰写,观点仅代表作者本人,不代表OFweek立场。如有侵权或其他问题,请联系举报。

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