Kohärente Anti-Stokes-Raman-Spektroskopie mit rotierender Polarisation - Rotating-polarization coherent anti-Stokes Raman spectroscopy
Die kohärente Anti-Stokes-Raman-Spektroskopie mit rotierender Polarisation ( RP-CARS ) ist eine besondere Implementierung der kohärenten Anti-Stokes-Raman-Spektroskopie (CARS). RP-CARS nutzt polarisationsabhängige Auswahlregeln, um Informationen über die Anisotropie und Richtung der Molekülorientierung innerhalb der optischen Punktstreufunktion zu erhalten .
CARS-Prozess
Die kohärente Anti-Stokes-Raman-Spektroskopie (CARS) ist ein nichtlinearer Prozess, bei dem die Energiedifferenz eines Paares einfallender Photonen mit der Energie des Schwingungsmodus einer interessierenden molekularen Bindung übereinstimmt. Diese Phononenpopulation wird von einem dritten Photon kohärent untersucht und Anti-Stokes-Strahlung emittiert.
Polarisationsabhängige Artefakte
Bei Vorhandensein einer Anisotropie der molekularen Orientierung in der Probe zeigen CARS-Bilder häufig Artefakte aufgrund polarisationsabhängiger Auswahlregeln, die die gemessene Intensität in Bezug auf die Ausrichtung zwischen der Polarisationsebene des einfallenden Lichts und der Hauptorientierungsebene der molekularen Bindungen beeinflussen. Dies liegt daran, dass der Vierwellenmischprozess effizienter ist, wenn die Polarisationsebene des einfallenden Lichts mit der Hauptorientierungsebene der molekularen Schwingungen ausgerichtet ist.
RP-CARS
RP-CARS nutzt die polarisationsabhängigen Auswahlregeln, um die lokale mikroskopische Orientierung der untersuchten chemischen Bindungen zu erfassen. Mittels RP-CARS ist es möglich, den Grad der Orientierungsanisotropie ausgewählter molekularer Bindungen zu visualisieren und ihre durchschnittliche Orientierungsrichtung zu erfassen. Es ist möglich, die Ausrichtung der Polarisationsebene des einfallenden Lichts mit einer rotierenden Wellenplatte kontinuierlich zu drehen und dann nacheinander für jedes Bildpixel die Orientierungsabhängigkeit der CARS-Signalintensität zu analysieren. Dies ermöglicht es, für jedes Pixel die durchschnittliche Orientierungsebene der interessierenden molekularen Bindungen und den Grad dieser räumlichen Anisotropie im Volumen der Punktstreufunktion zu messen.
Anwendungen
Mögliche biomedizinisch orientierte Anwendungen dieser Technik stehen im Zusammenhang mit der Untersuchung des Myelins und der Myelopathien . Myelin ist eine hochgeordnete Struktur, in der viele mit Lipiden angereicherte, dicht verdichtete Phospholipiddoppelschichten spiralförmig um die zylindrischen Axone aufgerollt sind. Die linearen Acylketten der Phospholipidmoleküle zeigen eine senkrechte Orientierung in Bezug auf die Myelinoberfläche. Daher ist in einer myelinisierten Nervenfaser eine große Anzahl molekularer Bindungen um eine radiale Symmetrieachse angeordnet. Eine solche starke molekulare Anisotropie und Azimutsymmetrie machen RP-CARS ein geeignetes Werkzeug neurale weiße Substanz zu untersuchen.