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

KONTAKT

Nasi konsultanci służą pomocą przyszłym i początkującym użytkownikom specjalistycznego oprogramowania zainstalowanego na Komputerach Dużej Mocy w Centrum Informatycznym TASK.

Kontakt w sprawach Komputerów Dużej Mocy, oprogramowania/licencji, grantów obliczeniowych, sprawozdań:

kdm@task.gda.pl

Administratorzy odpowiadają na maile w dni robocze w godzinach 8:00 – 15:00.