انظر شفافة

قد تسلط طريقة جديدة الضوء على العمليات الديناميكية للجزيئات الكبيرة، وتعلم تفاصيل جديدة حول الآليات البيولوجية

السؤال: هل يمكن استخدام الظواهر الضوئية غير الخطية للتعرف على خواص المواد؟

النتائج: طور علماء المعهد طريقة تتيح من خلال تصميم ومضات ضوئية قصيرة جدًا التعرف على العلاقات المتبادلة بين الذرات في الجزيء، وذلك بطرق تعتمد على الرنين المغناطيسي.

في الصور من اليمين (من الأعلى إلى الأسفل): د. تيم باير والبروفيسور يونين ألدر في الصورة الكبيرة: من اليمين: هداس فروستيج، البروفيسور يارون زيلبربيرج والبروفيسور نيريت دافيدفيتز. شعاع من الضوء
في الصور من اليمين (من الأعلى إلى الأسفل): د. تيم باير والبروفيسور يونين ألدر في الصورة الكبيرة: من اليمين: هداس فروستيج، البروفيسور يارون زيلبربيرج والبروفيسور نيريت دافيدفيتز. شعاع من الضوء

إن وجهة نظر كل واحد منا هي في الواقع فردية، لكن الآلية التي نستخدمها للرؤية هي، في جوهرها، متشابهة تمامًا - يدخل الضوء، ويضرب المادة، ويعود منها - وينتشر نحو الشخص الذي يراقبه. وهذه، إذا جاز التعبير، ظاهرة يسهل فهمها، ولكن هناك ظواهر بصرية أخرى -غير خطية- قد لا تكاد تذكر في الحياة اليومية، ولكن يمكن استخدامها للتعرف على خصائص المواد. طور علماء معهد وايزمان للعلوم طريقة جديدة، تعتمد على الوسائل البصرية غير الخطية، لدراسة بنية الجزيئات المختلفة، والعلاقات المتبادلة القائمة بينها.

إن طريقة التحليل الطيفي التي طورها العلماء هي طريقة ثنائية الأبعاد؛ أي أنه باستخدام هذه الطريقة يتم قياس تفاعل الجزيء مع الإضاءة عند طولين موجيين مختلفين. يقول هاداس فروستيج، طالب الدكتوراه في مجموعة البروفيسور يارون زيلبربيرج: "يتيح التحليل الطيفي ثنائي الأبعاد التعرف على الديناميكيات التي تحدث بين الذرات في الجزيء، على غرار الطرق المعتمدة على الرنين المغناطيسي". وباستخدام هذه الطريقة يمكن متابعة التغيرات السريعة في بنية الجزيئات وتفاعلها مع بيئتها. يقول فروستيج: "إن بنية الجزيء غالبًا ما تحدد سلوكه في التفاعلات مع الجزيئات الأخرى". "على سبيل المثال، الشكل الذي يتم فيه طي البروتين يحدد وظيفته في العمليات التي تحدث في جسم الإنسان."

إن طريقة التحليل الطيفي التي طورها العلماء هي طريقة ثنائية الأبعاد؛ أي أنه باستخدام هذه الطريقة يتم قياس تفاعل الجزيء مع الإضاءة عند طولين موجيين مختلفين

وهذه ليست المحاولة الأولى لتطوير طريقة طيفية تعتمد على ظاهرة غير خطية، وكما في المحاولات السابقة، يعتمد العلماء هذه المرة أيضًا على ظاهرة رامان. تتسبب هذه الظاهرة في تغير الطول الموجي للضوء عندما ينثر من المادة، والفرق بين الطول الموجي الوارد والموجة المتناثرة يجعل من الممكن التعرف على المادة والتعرف على بنية الجزيئات الموجودة فيها. لقد بدأت التطورات الأولى بالفعل في تسعينيات القرن الماضي، ولكن بعيدًا عن الاستخدام المرهق لكمية كبيرة من أشعة الليزر - الأمر الذي يخلق العديد من المشكلات المتعلقة بتثبيت وتركيز الأشعة - نشأت صعوبة بدت، في ذلك الوقت، أن تكون غير قابلة للذوبان: وهذا النوع من التحليل الطيفي يخلق في الواقع إشارتين: إشارة مفيدة يحتاجها العلماء لاستخراج المعلومات، وإشارة أخرى - طفيلي - لا يقدم أي معلومات، ولكن شكله هو نفسه. من الإشارة المفيدة، وفي كثير من الأحيان ستكون أكثر هيمنة. وفي ذلك الوقت، جرت محاولات لإضعاف الإشارة الطفيلية، ولكن في النهاية تم التخلي عن هذه الطريقة.

وأظهرت المجموعة البحثية - التي ضمت البروفيسور يارون زيلبربيرج بروستج، وكذلك البروفيسور نيريت دودوفيتز، وباحث ما بعد الدكتوراه (السابق) الدكتور تيم باير، والبروفيسور يونينا ألدر من التخنيون - أنه من خلال تصميم النموذج المؤقت من ومضات قصيرة من الضوء - قصيرة جدًا، حتى تصبح النسبة بين طولها والدقيقة هي نفس النسبة بين الدقيقة وعمر الكون - فهم قادرون على إنشاء طريقة طيفية ثنائية الأبعاد باستخدام شعاع ليزر واحد فقط . وبهذه الطريقة تجنب العلماء الممارسة المرهقة المتمثلة في مطابقة أشعة الليزر مع بعضها البعض. علاوة على ذلك، فإن استخدام هذه الطريقة يجعل من الممكن التمييز بين الإشارة المفيدة والإشارة الطفيلية. يقول فروستيج: «بما أننا اكتشفنا اختلاطًا للضوء الذي كان منتثرًا من العينة والضوء الذي لم يكن منتثرًا منها، بدلًا من الترشيح واستخدام الجزء الذي كان منتثرًا من العينة فقط، فإننا نستفيد:» غير متناثرة من العينة تنظف الإشارة الطفيلية، وتزيد من الإشارة الفعالة." في الواقع، فإن الجمع بين التضخيم وتغير الطول الموجي، وهو أمر فريد من نوعه في تشتت فجوة تردد رامان، هو مفتاح نجاح الطريقة.

ويأمل العلماء في المستقبل أن تتمكن هذه الطريقة، التي هي في المراحل الأولى من تطورها، من تسليط الضوء على العمليات الديناميكية للجزيئات الكبيرة، وتعليم تفاصيل جديدة عن الآليات البيولوجية التي تعتمد على التغيير الهيكلي في هذه الجزيئات. جزيئات.

كتب العلوم
استخدم العلماء في تجاربهم ومضات من الضوء استمرت لمدة 30-25 فيمتوثانية (عشرة ملايين من المليار من الثانية).