NIST的桌面頻率梳，可用于識別空氣中的水分子。屏幕上方的黃色曲線表示實驗室中穿過空氣的中紅外激光電場。屏幕下方橙色曲線顯示了對應的光譜，圖中向下的峰值表示被水吸收的頻率。

據報道，美國科羅拉多州博爾德小鎮（Boulder，Colorado）國家標準與技術研究院（National Institute of Standards and Technology，NIST）的Scott Diddams與國際團隊合作，使用相對簡單的激光裝置搭建出獨特的頻率梳系統，該裝置可覆蓋整個中紅外頻譜范圍，小到足以構建為桌面系統，用來探測復雜蛋白質分子的結構和組成。

像蛋白質這樣的大型生物分子具有極其復雜的折疊結構，這種復雜的結構使得研究它們非常困難。蛋白質通常由數千個原子組成，它們常常在中紅外頻率振動和旋轉。因此利用中紅外光探測蛋白質分子，然后測量其特征吸收光譜，就可以在蛋白質的組成、結構及功能等方面獲得重大的發現。

但是，由于在目前的激光光譜學系統中，中紅外區域缺乏足夠寬的頻帶寬度來同時研究蛋白質共振的全范圍，因此這類研究相當困難。此外，與可見光和近紅外光相比，準確地調諧中紅外光源并實現準確探測更為困難。

規律的頻率間隔是關鍵

Diddams的團隊通過利用兩支鎖相光纖激光器所產生的中紅外頻率梳來實現探測蛋白質分子，從而解決了以上那些問題。這種方式可產生一系列短而明亮的脈沖，該脈沖在整個中紅外頻率范圍內以規律的頻率間隔出現，其頻譜類似梳齒。中紅外光在與分子相互作用后，會被光電二極管探測器以0.003 cm-1的光譜分辨率探測出來。總體來說，該裝置尺寸非常小，結構非常簡單，可以直接放到桌面上。

Diddams與其同事在NIST的單克隆抗體參考蛋白上測試了他們的系統。這種蛋白分子由超過2萬個原子組成，可用于評估藥物治療的質量。通過利用頻率梳觀察分子的吸收光譜，研究團隊測量了酰胺鍵的特征信號。這些酰胺鍵常被生物化學家用來確定蛋白質的折疊、展開和聚集機制。研究人員還利用該頻率梳探測出蛋白質內部的片狀結構；此次探測驗證了前人提出的研究結果：蛋白質中的化學基團是以平面排列連接。

研究團隊認為，他們搭建的頻率梳系統可與紅外原子力顯微鏡等其他技術相結合，來創造一種可以確定蛋白質結構的桌面系統，這將可與規模更大的同步加速器設備相媲美。隨著研究的推進，他們的技術還可用來在分子振動和旋轉中存儲信息，這將為量子計算提供新的技術支持。