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Facoltà di Scienze Matematiche, Fisiche e Naturali Corso di Laurea in Fisica

SAPIENZA UNIVERSITA’ DI ROMA. Facoltà di Scienze Matematiche, Fisiche e Naturali Corso di Laurea in Fisica. Imaging Vibrazionale Coerente.

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Presentation Transcript

  1. SAPIENZAUNIVERSITA’ DI ROMA Facoltà di Scienze Matematiche, Fisiche e Naturali Corso di Laurea in Fisica Imaging Vibrazionale Coerente Relatore Candidato Tullio ScopignoVittorio Cecconi Anno Accademico 2012-2013

  2. Si sono confrontate tre tecniche spettroscopiche applicate alla microscopia Introduzione • CARS (Coherent anti-StokesRamanScattering) • SRS (StimultedRamanScattering) • RIKES (RamanInducted Kerr EffectSpectroscopy) Tutte queste tecniche nascono dall’ effetto Raman. La spettroscopia Raman è una tecnica in cui si fa incidere una radiazione elettromagnetica iniziale nota e viene misurata la radiazione diffusa tramite rivelatore Lo scopo ricavare una impronta di molecole con la migliore risoluzione

  3. Principi Teorici Raman Spontaneo L’ effetto Raman è un processo di scattering anelastico = () +() +() La radiazione può essere diffusa in tre modi: Stokes, anti-Stokes e Rayleigh Vantaggi: • chemical selectivetool • sia molecole polari che non-polari possono manifestare Raman Svantaggi: • segnale debole • incoerenza CRS Il Raman spontaneo non adatto nell’ambito della microscopia

  4. Principi Teorici Raman Coerente La tecnica CRS può essere considerata un processo a due step: • set di multiple pulsazioni laser sono centrati a differenti frequenze, la cui combinazione deve coincidere con quella vibrazionale della molecola stessa • un’altra pulsazione laser, chiamata di probe, interagisce con la materia-campione e modula la coerenza vibrazionale generata nel primo step In CRS almeno due laser iniziali sono usati chiamati Pump () e Stokes() ( - + ) CRS è un processo FWM (Four-Wave Mixing)

  5. CoherentAnti-Stokes Raman Scattering CARS appartiene ad un processo FWM, costituito da due fotoni, pump e Stokes, i quali portano alla generazione di un fotone alla frequenza anti-Stokes. Descrizione Qualitativa • 𝛥k= |()

  6. Non-resonant signals in CARS wp was wp ws W Four wave mixing process: χnr W wpump wstokes Input spectra

  7. CoherentAnti-Stoke Raman Scattering (CARS) Tecnica di soppressione NRB La microscopia P-CARS soffre di una riduzione del segnale risonante

  8. Coherent Anti-Stoke Raman Scattering (CARS) Laser-scanning CARS microscope CARS imaging di tessuti organici ex-vivo in entrambi F-CARS E-CARS • F-CARS • E-CARS • E-CARS Bovine retina Adipocyte-coveredkidney Omentummajus

  9. Stimulated Raman Scattering (SRS) Un’altra tecnica di spettroscopia Raman coerente è lo Stimulated Raman Scattering (SRS) il quale «probe» la popolazione degli stati eccitati per identificare le molecole Amplificazione del fascio Stokes e simultanea attenuazione del pump (SRL) (SRG) Phase-mismatch dz SRG= 2 [ ] L

  10. SRS/CARS the basic layout

  11. Imaging SRS Scansione 3-D Diverse scansioni strati epiderma stratum corneum (4 𝜇m) sebaceous gland (42 𝜇m)

  12. CARS vs SRS Risonanza vibrazionale on-off Stratumcorneum Imaging CARS & SRS

  13. CARS vs SRS background issue CARS SRS Caenorhabditiselegans Raman shift set to the lipid band at 2845

  14. Raman Induced Kerr Effect (RIKE) Spectroscopy Centrale nel processo RIKES è l’ Optical Kerr Effect (OKE) indotto dal processo Raman all’interno del materiale. Il RIKE cambia la polarizzazione del fascio dovuta all’effetto della birifrangenza nel campione La risposta del materiale può essere ricavata dall’espressione della () In generale ci sono due polarizzazioni usate in questa tecnica spettroscopica Linear RIKE Circular RIKE

  15. Raman Induced Kerr Effect (RIKE) SpectroscopyLinear RIKES Espressione cartesiana dei fasci pump e Stokes

  16. Raman Induced Kerr Effect (RIKE) SpectroscopyCircularRIKES Nella configurazione di Circular RIKE il fascio pump è circolarmente polarizzato mentre il fascio Stokes è linearmente polarizzato Rappresentazione cartesiana dei fasci input

  17. Raman Induced Kerr Effect (RIKE) SpectroscopyCrossedpolarizers RIKE Il più semplice modo per misurare il segnale RIKE è usare due crossedpolarizers

  18. RIKES/SRS Imaging Polystyrene (PS) Poly(methylmethacrylate) (PMMA)

  19. Conclusioni Imaging VibrazionaleCoerente: • LABEL-FREE selettività chimica • Segnale intenso • Capacità 3-D • Facile cambiamento da un setup ad un altro Future Applicazioni nell’ambito della CRS Endoscopia

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