As moléculas são os blocos de construção da vida. Como todos os outros organismos, nós somos feitos deles. Eles controlam nosso biorritmo, e também podem refletir nosso estado de saúde. Pesquisadores liderados por Ferenc Krausz no Laboratório de Física de Attosegundos (LAP) - uma joint venture entre Ludwig-Maximilians-Universität (LMU) e o Instituto Max Planck de Óptica Quântica (MPQ) em Munique - querem usar luz infravermelha brilhante para estudar moléculas marcadores de doenças em muito mais detalhes, por exemplo, para facilitar o diagnóstico de câncer em estágio inicial. A equipe desenvolveu uma poderosa fonte de luz de femtossegundo que emite em comprimentos de onda entre 1,6 e 10,2 micrômetros. Este instrumento deve permitir a detecção de moléculas orgânicas presentes em concentrações extremamente baixas no sangue ou ar aspirado.

Miríades de moléculas reagem de maneiras altamente específicas à luz de certos comprimentos de onda na região do infravermelho médio. Ao absorver determinados comprimentos de onda, cada tipo de molécula em uma amostra imprime uma assinatura específica no feixe transmitido, que serve como uma impressão digital molecular. Com uma fonte de luz infravermelha média de banda larga, detecta-se as impressões digitais de muitas estruturas moleculares de uma só vez - em uma amostra de sangue ou ar aspirado, por exemplo. Se a amostra contém moléculas marcadoras que estão associadas a estados de doença específicos, estes também revelarão sua presença no espectro da luz infravermelha transmitida.

Os físicos do LAP já construíram essa fonte de luz, que cobre os comprimentos de onda entre 1,6 e 10,2 mícrons. O sistema a laser exibe potência de saída média de nível watt, e é bem focalizado, o que resulta em uma fonte de luz infravermelha altamente brilhante. Esse recurso aumenta a capacidade de detectar moléculas presentes em concentrações extremamente baixas. Além disso, o laser pode produzir trens de pulsos de femtossegundos, o que torna possível realizar medições resolvidas no tempo, bem como de baixo ruído e altamente precisas.

Atualmente, espectroscopia infravermelha é frequentemente baseada no uso de luz incoerente, que fornece cobertura de toda a região do infravermelho médio. Contudo, o brilho relativamente baixo do feixe produzido por fontes incoerentes reduz significativamente a capacidade de detectar impressões digitais moleculares muito fracas. A radiação síncrotron produzida em aceleradores de partículas pode, alternativamente, ser usada, mas essas instalações são escassas e extremamente caras. Contudo, métodos baseados em laser podem gerar feixes ainda mais brilhantes do que os síncrotrons. Os físicos do LAP agora conseguiram construir uma fonte de luz coerente que produz luz laser brilhante sobre uma ampla região espectral na faixa do infravermelho. Essa costumava ser a principal desvantagem das fontes de laser. Além disso, o novo sistema ocupa um espaço muito menor (e é muito menos caro) do que um síncrotron:ele cabe em uma mesa grande.

"Claro, ainda há um longo caminho a percorrer até que possamos diagnosticar o câncer em um estágio muito inicial do que no presente. Precisamos de uma melhor compreensão dos marcadores de doenças e temos que projetar uma maneira eficiente de quantificá-los, por exemplo, "diz Marcus Seidel, um dos pesquisadores envolvidos no projeto. "Mas agora com fontes de luz disponíveis significativamente melhoradas, podemos começar a lidar com essas questões. "Além disso, o novo sistema de laser encontrará aplicações em áreas além das biociências. Afinal, a observação precisa das moléculas e suas transformações também está no centro da química e da física.