Niet-lineaire vibratie spectroscopiën van biomoleculaire systemen

Er is recent veel vooruitgang geboekt in de ontwikkeling van niet-lineaire vibratie spectroscopische methoden voor onderzoek van biologische macromoleculaire systemen(1,2,3,4). De niet lineaire vibratie spectroscopische technieken die in onze groep in gebruik en in ontwikkeling zijn, zijn CARS (coherente anti-Stokes Raman verstrooiing), stRg (gestimuleerde Raman verstrooiing), IR/V-SFG (infrarood-zichtbaar licht som frequentie generatie). Daarnaast wordt gebruik gemaakt van niet-lineaire optische eigenschappen van materie, zoals parametrische fluorescentie, verschil frequentie generatie en tweede harmonische generatie, om laser emissie met geschikte karakteristieken te genereren. Als standaard techniek zijn in de groep zeer geavanceerde Raman microspectrometers voor spontane Raman verstrooiing (spR) beschikbaar. Het doel van het onderzoek is om gevoelige methoden te ontwikkelen voor detectie van kleine aantallen molekulen, bijvoorbeeld aan oppevlakken en in biologische cellen. We richten ons op de vibratie selectieve technieken omdat: 1) vibraties niet alleen geschikt zijn voor detectie maar ook voor identificatie, 2) vibraties zijn gevoelig voor inter- en intramolekulaire interacties, 3) vibraties kunnen helpen bij het bepalen van de molekulaire orientatie of de relatieve orientatie van molekulen en 4) vibraties maken het mogelijk om zeer snelle dynamica in materie te bestuderen. In het bijzonder niet-lineaire optische technieken zijn interessant vanwege: a) spectrale scheiding tussen fluorescentie en signaal (bijvoorbeeld in CARS en IR/V-SFG), b) gecollimeerde signaal bundel maakt efficiente signaal collectie mogelijk, c) hoge signaal niveaus door gebruik te maken van gestimuleerde verstrooiings processen (CARS, stRg) en/of door resonantie (IR/V-SFG), d) efficiente belichting door gecollimeerde lichtbundels, waardoor combinaties met golfgeleiders mogelijk zijn (CARS, stRg en spR) en oppervlakte gevoeligheid ontstaat door evanescente veld excitatie of intrinsieke eigenschappen van c(2) (IR/V-SFG).\ud Na een korte inleiding worden in het vervolg resultaten gepresenteerd van polarisatiegevoelige multiplex CARS, golfgeleider Raman verstrooiing en een optisch parametrische oscillator. Deze vormt het hart van een IR/V-SFG spectrometer die in ontwikkeling is