Centrum digitální optiky

Digitální Ramanova spektroskopie a Ramanova optická aktivita

 

Popis

Spektroskopické techniky založené na měření cirkulárního dichroismu a optické aktivity jsou stále více používány při studiu struktury a dynamického chování biologicky zajímavých molekul (peptidů, proteinů, nukleových kyselin, polysacharidů apod.). Jednou z těchto technik je Ramanova optická aktivita (ROA), která spočívá v měření velmi malého rozdílu v intenzitě Ramanova rozptylu chirálních molekul odpovídající levotočivě a pravotočivě kruhově polarizovanému záření. Tato technika je obzvláště nadějná díky vysokému informačnímu obsahu ve spektrech ve vztahu k prostorovému uspořádání (konformaci) velmi širokého rozsahu chirálních molekul od jednoduchých organických molekul až po komplexní viry. Tato technika je však v současné době poměrně náročná na množství vzorku, vysoké koncentrace používaných roztoků a dlouhé doby experimentů, které brání jejímu většímu rozšíření. V současnosti existuje pouze několik málo zakázkově vyrobených spektrometrů vybudovaných v různých výzkumných institucích a pouze jedna firma vyrábí komerčně dostupné přístroje. Je překvapující, že optické zobrazovací vlastnosti nebyly doposud podrobně prostudovány a předběžné výsledky získané na katedře optiky UP naznačují, že je možné dosáhnout velmi výrazných zlepšení. Cílem tohoto projektu je navrhnout a vyrobit spektrometr, který by překonal výše uvedená omezení a rozšířil možnosti využití této velmi nadějné analytické techniky na mnohem širší rozsah studovaných systémů a různých aplikací. Z výsledků projektu budou profitovat vědecké i průmyslové instituce.

Milníky

1. Celková analýza komplexního optického uspořádání pro Ramanovu spektroskopii a Ramanovu optickou aktivitu, zahrnující optickou dráhu excitačního a rozptýleného záření včetně spektrografu. Optimální systém bude navržen především s ohledem na maximalizaci poměru signálu a šumu, optimální spektrální rozlišení a minimalizaci potřebného množství vzorku biologicky zajímavých látek.
2. Návrh a výroba spektrografu s parametry založenými na předchozí analýze. Spektrograf bude vybaven zrcadlovou a/nebo čočkovou optikou vyvinutou členy konsorcia.
3. Návrh a výroba optiky pro optickou dráhu excitačního a rozptýleného záření spektrometru pro měření Ramanovy optické aktivity.
4. Průzkum možností využití netradičních optických prvků, např. holografické optiky, matic mikročoček nebo neskleněných materiálů za účelem zvýšení účinnosti sběru rozptýleného záření.
5. Průzkum možnosti měření vzorků při teplotách v rozsahu 5-90 °C a návrh optického systému, který bude schopen kompenzovat změny vlastností optických materiálů na teplotě.
6. Testování spektrometru a jeho vylepšení ve smyslu vytvoření uživatelsky příjemného rozhraní a měření vzorků při zvolených teplotách.

---