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

Imaging Vibrazionale Coerente

SAPIENZA�UNIVERSITA’ DI ROMA�

Relatore Candidato

Tullio Scopigno Vittorio Cecconi

Anno Accademico 2012-2013

Introduzione

Si sono confrontate tre tecniche spettroscopiche applicate alla microscopia

​

• CARS (Coherent anti-Stokes Raman Scattering)
• SRS (Stimulted Raman Scattering)
• RIKES (Raman Inducted Kerr Effect Spectroscopy)

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

Principi Teorici Raman Spontaneo�

Vantaggi:

• chemical selective tool
• sia molecole polari che non-polari possono manifestare Raman

​

Svantaggi:

• segnale debole
• incoerenza

Il Raman spontaneo non adatto nell’ambito della microscopia

CRS

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

CRS è un processo FWM (Four-Wave Mixing)

Coherent Anti-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

Non-resonant signals in CARS

ω_pump

ω_stokes

Ω

Four wave mixing process: χ_nr

Input spectra

Coherent Anti-Stoke Raman Scattering (CARS) Tecnica di soppressione NRB�

La microscopia P-CARS soffre di una riduzione del segnale risonante

Coherent Anti-Stoke Raman Scattering (CARS) Laser-scanning CARS microscope�

CARS imaging di tessuti organici ex-vivo in entrambi F-CARS E-CARS

E-CARS

E-CARS

F-CARS

Omentum majus

Adipocyte-covered kidney

Bovine retina

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)

SRS/CARS the basic layout

Imaging SRS Scansione 3-D

stratum corneum (4 𝜇m)

sebaceous gland (42 𝜇m)

Diverse scansioni strati epiderma

CARS vs SRS ���

Risonanza vibrazionale on-off

Stratum corneum

CARS vs SRS background issue

CARS

Raman Induced Kerr Effect (RIKE) Spectroscopy�

​

In generale ci sono due polarizzazioni usate in questa tecnica spettroscopica

Circular RIKE

Linear RIKE

Raman Induced Kerr Effect (RIKE) Spectroscopy Linear RIKES�

Espressione cartesiana dei fasci pump e Stokes

Raman Induced Kerr Effect (RIKE) Spectroscopy Circular RIKES�

Nella configurazione di Circular RIKE il fascio pump è circolarmente polarizzato

mentre il fascio Stokes è linearmente polarizzato

​

Rappresentazione cartesiana dei fasci input

Raman Induced Kerr Effect (RIKE) Spectroscopy Crossed polarizers RIKE�

Il più semplice modo per misurare il segnale RIKE è usare due crossed polarizers

RIKES/SRS Imaging ���

Polystyrene (PS)

Poly(methylmethacrylate) (PMMA)

Conclusioni

Imaging Vibrazionale Coerente:

• LABEL-FREE selettività chimica
• Segnale intenso
• Capacità 3-D
• Facile cambiamento da un setup ad un altro

​

​

Future Applicazioni nell’ambito della CRS

Endoscopia