Badanie zmienności sygnału w zjawisku powierzchniowo-wzmocnionej spektroskopii Ramana

Kierownik projektu: Maciej Wróbel

Realizatorzy:

  • Dorota Truchanowicz
  • Filip Sadura
  • Katarzyna Karpienko

Politechnika Gdańska

Wydział Elektroniki, Telekomunikacji i Informatyki

Gdańsk

Data otwarcia: 2018-01-16

Streszczenie projektu

Spektroskopia Ramana jest optyczną spektralną techniką pomiarową, wykorzystującą efekt Ramana, w którym wiązka światła pobudzenia zostaje rozproszona powodując generację nowych fal, których energia zależy od właściwych wiązań molekularnych występujących w oświetlanej próbce. Ponieważ różnica energii jest zawsze taka sama dla konkretnego wiązania chemicznego, mówi się, że jest to swoisty "odcisk palca" danej substancji chemicznej. Metoda ta jest dlatego szeroko wykorzystywana w chemii, inżynierii materiałowej, fizyce, naukach biologicznych oraz innych dziedzinach, gdzie ważny jest skład chemiczny próbki. W przypadku powierzchniowo-wzmocnionej spektroskopii Ramana (ang. Surface-Enhanced Raman spectroscopy - SERS), gdy molekuła znajdzie się odpowiednio blisko powierzchni metalu szlachetnego, pole elektromagnetyczne generowane przez laser zostaje znacząco wzmocnione w wyniku rezonansu z plazmonami powierzchniowymi, powodując wzmocnienie sygnału pochodzącego z owej molekuły. W metodzie SERS intensywność sygnału jest ok. 1 000 000-100 000 000 razy większa niż w zwyczajnej spektroskopii Ramana, co pozwala na detekcję ekstremalnie niskich stężeń substancji, np. leki, białka, czy znaczniki chorobowe.
Przewidujemy, że aby poprawić czułość i powtarzalność metody SERS, przyjrzymy się dokładnie mechanizmom odpowiedzialnym za fakt powstawania wzmocnienia i przebadamy ich wpływ na stabilność sygnału, a co za tym idzie dokładność i powtarzalność pomiarów. Przyjrzymy się bliżej charakterystyce i właściwościom fluktuacji sygnału w zależności od różnorodnych parametrów materiałów, badanych molekuł i parametrów pomiarowych, gdyż każdy z nich ma wpływ na zmienność sygnału pomiarowego w metodzie SERS. Charakter zmienności określimy stosując szereg metod statystycznych i przetwarzania pomiarów, oraz opracujemy modele matematyczne wyjaśniające zmienność w metodzie SERS.
Detekcja sygnału metodą SERS opiera się o metody statystyczne, budowę modeli kalibracyjnych i algorytmów uczenia maszynowego.

Publikacje

  1. M.S. Wróbel , SERS label-free protein-tethering for detection of drugs of abuse in blood, International Conference on BioMedical Photonics -, (2018) -
  2. M.S. Wróbel, J.Smulko, Estimation of blood Raman spectrum from tissue measurements utilizing blood pulse, SPIE Photonics Europe 2018 -, (2018) -
  3. Maciej Wróbel, Applications of Raman spectroscopy for detection of selected substances in tissues, Politechnika Gdańska -, (2019) -
  4. M.S. Wróbel, K. Karpienko, M. Marzejon, F. Sadura, S. Siddhanta, I. Barman, Janusz Smulko, Influence of silver-core gold-shell nanoparticle parameters on the variation of surface-enhanced Raman spectra, Proc. of SPIE 11075, (2019) 110751S1-5
  5. M.S. Wróbel, Z. Huang, S. Siddhanta, I. Barman, Drop-coating deposition surfaceenhanced Raman spectroscopy on silver substrates for biofluid analysis, Proc. of SPIE 11073, (2019) 1107312-1-5
  6. Maciej Wróbel, Applications of Raman spectroscopy for detection of selected substances in tissues, rozprawa doktorska, Politechnika Gdańska -, (2019) 116
  7. Maciej S. Wróbel, Jeong Hee Kim, Piyush Raj, Ishan Barman, Janusz Smulko, Utilizing pulse dynamics for non-invasive Raman spectroscopy of blood analytes, Biosensors and Bioelectronics n/a, (2020) n/a


← Powrót do spisu projektów

CONTACT

Our consultants help future and novice users of specialized software installed on High Performance Computers (KDM) at the TASK IT Center.

Contact for High Performance Computers, software / licenses, computing grants, reports:

kdm@task.gda.pl

Administrators reply to e-mails on working days between 8:00 am – 3:00 pm.