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医学物理中心在电光调Q纳秒钬激光器研究方面取得进展

2015-06-04 11:26
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近期,医学物理中心医用激光技术研究室自主研制出电光调Q纳秒脉冲钬激光器。该激光器可以使“脉冲升温-纳秒时间分辨瞬态中红外光谱仪”(中科院大型仪器研制项目)的红外吸收差谱测量精度达到了万分之一OD,时间分辨率提高至20ns,达到国际领先水平。近日,该研究成果发表于工程技术类国际权威期刊《科学仪器评论》(Rev.Sci.Instrum.,86,053105(2015))。

  脉冲升温-纳秒时间分辨瞬态中红外光谱仪是蛋白质折叠动力学过程研究的有力工具,它利用激光诱导脉冲升温技术使蛋白质快速升温,触发蛋白质快速发生折叠/开折叠的动态结构变化,从而开展对其动力学特性和折叠机制的研究。蛋白质折叠机制的阐明将破译生命体内的“第二遗传密码”——折叠密码(foldingcode),该工作是极富有挑战性的。在蛋白质加热方面,由于一些蛋白质折叠的过程只有皮秒至微秒量级,十分短暂,如何实现蛋白质的瞬态加热对蛋白质折叠动力学的研究至关重要,必须采用适合的激光波长以及高稳定性的短脉冲激光源才能达到最佳的效果。然而,Nd:YAG激光器、拉曼激光器以及非线性光学变频等技术手段,由于种种缺陷而难以满足该研究的需求。

  医用激光技术研究室吴先友研究员的研究团队,成功突破了2-3微米波段长期缺乏高损伤阈值电光Q开关的难题,在国际上首次采用了自主设计的新型电光Q开关实现了500mJ高脉冲能量的纳秒钬激光输出,相关研究成果已经发表于国际权威光学期刊《光学快报》(OpticsLetters.2012,37(11):1986)。并将该电光调Q技术应用于铒激光,实现了高脉冲能量的纳秒铒激光输出(OpticsLetters.2013,38(12):2150、OpticsExpress.2014,22(13):15686)。电光调Q纳秒脉冲2-3微米激光能够为生物、医疗、环境和国防安全等领域的相关研究提供优质的激光源。

  自主研制的电光调Q纳秒脉冲钬激光器以其高的光束质量、好的空间模式和稳定的输出能量,实现了对蛋白质的快速加热和折叠,获得了很好的效果。纳秒钬激光加热蛋白质是非接触加热,不会引入杂质,而且加热快,效果好,能够提高“脉冲升温-纳秒时间分辨瞬态中红外光谱仪”的时间分辨率,获得更加精确的动力学信息,为研究蛋白质纳秒到微秒时间刻度的动力学过程提供了有力的手段。

  电光调Q纳秒脉冲钬激光技术的突破,极大地拓展了钬激光的应用领域和范围,不仅为生物学中激光生物相互作用研究提供了新的手段,而且还将为中红外激光光谱、光参量振荡、激光医疗、激光加工激光雷达等提供新的装备。

  该研究得到国家自然科学基金项目、中科院知识创新工程项目的支持。

利用纳秒钬激光进行蛋白质加热的脉冲升温-时间分辨中红外光谱仪

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