_ Echipa dezvoltă sursă swept portabilă Spectrometru Raman pentru aplicații chimice și biomedicale

În 1928, fizicianul indian Sir C. V. Raman și colegul său K. S. Krishnan au descoperit că atunci când lumina interacționează cu materia, părți din lumina împrăștiată suferă modificări de energie datorită interacțiunii cu vibrațiile moleculare. , rezultând ceea ce este cunoscut sub numele de împrăștiere Raman. Descoperirea a pus bazele spectroscopiei Raman, o tehnică care profită de aceste schimbări de energie pentru a crea o amprentă digitală unică a structurii moleculare a materialului.

În prezent, spectroscopia Raman dispersivă este metoda de bază pentru identificarea probelor într-o varietate de domenii, cum ar fi știința materialelor, produsele farmaceutice, monitorizarea mediului și biomedicina. Cu toate acestea, spectrometrele necesare pentru a capta și detecta lumina împrăștiată sunt voluminoase, limitând utilizarea lor în afara setărilor de laborator. În plus, majoritatea spectrometrelor Raman portabile au fost dezvoltate numai pentru analize chimice.

Într-un studiu publicat în Journal of Biomedical Optics, cercetători de la Institutul Avansat de Știință și Tehnologie din Coreea (Republica Coreea) și Massachusetts Institutul de Tehnologie (MIT; Statele Unite) a dezvoltat un sistem compact de spectroscopie Raman (SS-Raman) cu sursă baleiată.

Conceptul de SS-Raman a fost propus într-un brevet anterior, dar implementarea nu a fost făcut până de curând din cauza lipsei filtrelor de trecere a benzii înguste. Acest sistem este comparabil cu spectroscopia Raman dispersivă convențională prin capacitatea sa de a identifica atât materialele chimice, cât și cele biologice. Sistemul portabil abordează limitările spectrometrelor portabile actuale și deschide uși pentru identificarea probelor în biomedicină.

Sistemele de spectroscopie Raman convenționale utilizează o sursă de lumină cu lungime de undă fixă, cum ar fi un laser, pentru a excita proba și a induce Raman. împrăștiere. În schimb, spectroscopia SS-Raman folosește un laser cu sursă măturată, care emite lumină pe o gamă continuă de lungimi de undă.

Lumina de excitație este focalizată pe probă după filtrarea printr-un filtru trecere scurtă care elimină fundalul. zgomot. Lumina împrăștiată este colectată de o lentilă și filtrată de un filtru trece-bandă, care izolează doar intervalul dorit de lungimi de undă Raman deplasat. Lumina filtrată este apoi detectată de fotoreceptorul de siliciu extrem de sensibil, care convertește semnalul optic într-un semnal electric pentru analiza probei.

„Configurația SS-Raman propusă folosește un laser cu sursă măturată cu lungimea de undă (822 la 842 nm), un filtru de trecere de bandă cu lățime de bandă îngustă și un fotoreceptor punctual extrem de sensibil pentru achiziționarea spectrelor Raman. Aceste componente contribuie la dezvoltarea sistemelor de spectroscopie Raman compacte și rentabile", notează dr. Jeon Woong Kang de la MIT, unul dintre autorii corespunzători ai studiului.

Pentru a evalua eficacitatea sistemului, cercetătorii au comparat spectrele Raman din noul sistem cu cele obținute folosind spectroscopie Raman dispersivă tradițională pentru diferite probe chimice și biologice. O gamă diversă de substanțe chimice, cum ar fi fenilalanina, hidroxiapatita, glucoza și acetaminofenul au fost considerate probe chimice pentru obținerea spectrelor Raman în intervalul de la 900 la 1.200 cm-1.

Pentru proba biologică, ei au scanat. secțiuni transversale ale feliilor de burtă de porc. Spectrele Raman obținute din sistemul de spectroscopie SS-Raman propus semănau îndeaproape cu cele obținute din spectroscopia Raman dispersivă tradițională, cu coeficienți de corelație variind de la 0,73 la 0,91, indicând fezabilitatea acestuia pentru identificarea ambelor tipuri de probe.

În special, în Sistemele de spectroscopie Raman, o cheltuială semnificativă vine din nevoia de filtre și surse de lumină de înaltă calitate. Sistemul SS s-a confruntat cu provocări similare, zgomotul de fond și spectrele Raman afișând vârfuri largi datorită filtrului trece-bandă.

Pentru a menține costurile scăzute, cercetătorii au aplicat sistemului o metodă de procesare a semnalului. Au fost folosite filtre gaussiene pentru a elimina zgomotul ondulat introdus de ieșirea instabilă a laserului. A fost folosită o metodă de deconvoluție pentru a ascuți vârfurile din spectrele Raman și pentru a le îmbunătăți rezoluția. Mai mult, a fost utilizată îndepărtarea polinomiei de fond pentru a elimina zgomotul de fond care decurge din densitatea optică scăzută a filtrelor.

În general, sistemul propus pune bazele dezvoltărilor viitoare în miniaturizarea spectroscopiei Raman atât pentru analize chimice, cât și biologice. . Cu toate acestea, există încă loc de îmbunătățire, în special în reducerea timpului de obținere a probei, care în prezent durează peste 40 de secunde. Pentru a măsura probele biologice în mai puțin de o secundă, cercetătorii dezvoltă un sistem SS-Raman multicanal echipat cu detectoare multiple și filtre trece-bandă, care sperăm să permită analiza unei game mai largi de molecule în același timp pentru aplicații mai diverse. .

(Fluierul)