Praktyczne zastosowania spektroskopii Ramana

monograficzne

Zakłada się, że student opanował podstawy spektroskopii molekularnej, ze szczególnym uwzględnieniem rozpraszania ramanowskiego

zdalnie

Zapoznanie studentów z podstawami technik bazujących na efekcie ramanowskim oraz zaprezentowanie przeglądu zastosowań metod spektroskopii ramanowskiej w przemyśle, nauce i sztuce. Szczególny nacisk położony będzie na zastosowania biologiczne i biomedyczne (tj. w medycynie, farmacji i kryminalistyce)

Krótka charakterystyka technik spektroskopii ramanowskiej: klasycznego rozpraszania ramanowskiego, rezonansowego efektu Ramana (RR), powierzchniowo wzmocnionego rozpraszania ramanowskiego (SERS), TERS (tip enhanced Raman spectroscopy), spektroskopii CARS (Coherent Anti-Stokes Raman Spectroscopy) oraz spektroskopii Ramana rozdzielczej w czasie. Porównanie możliwości technik obrazowania: mapowania ramanowskiego, CARS oraz TERS. Zaprezentowanie przydatności poszczególnych technik w badaniach procesów powierzchniowych, struktury krystalicznej, kinetyki procesów chemicznych, nanomateriałów, polimerów, biologicznie ważnych molekuł, mikro-organizmów (bakterii i wirusów) oraz składników organizmów żywych (kwasów nukleinowych, komórek i tkanek). Zademonstrowanie zastosowań metod spektroskopii ramanowskiej w archeologii, sztuce, konserwacji zabytków, medycynie (także sądowej), farmacji, geologii, astrobiologii oraz analityce chemicznej, z uwzględnieniem trudności analizy jakościowej na podstawie widm/map ramanowskich. W trakcie wykładu szczegółowo omówione zostaną m.in. następujące zagadnienia: możliwość pomiarów ramanowskich in vivo, zasada działania optycznych szczypiec ramanowskich, spektrometr ramanowski w poszukiwaniu życia na Marsie, odczytywanie sekwencji DNA za pomocą spektroskopii TERS, detekcja in situ SERS zanieczyszczeń wody policyklicznymi węglowodorami aromatycznymi w Zatoce Gdańskiej, monitorowanie dystrybucji leku oraz jego oddziaływań z komórkami w próbkach biologicznych poprzez rejestrację map ramanowskich, działanie wewnątrzkomórkowego czujnika pH opartego na spektroskopii SERS, analiza pigmentów używanych w dziełach sztuki za pomocą technik RR i SERS, spektroskopia RR jako narzędzie do analizy lakierów samochodowych pozwalającej ująć sprawców stłuczek samochodowych, diagnostyka chorób za pomocą technik ramanowskich, obrazowanie komórek, tkanek i metabolitów za pomocą spektroskopii CARS, wykrywanie i oznaczanie ilościowe za pomocą techniki SERS nieznakowanej kokainy za pomocą nanosond (nanorurki węglowe modyfikowane nanocząstkami srebra) zawierających przeciwciała reagujące selektywnie z metabolitami narkotyku, badanie mechanizmu przeniesienia elektronu w układach imitujących procesy biologiczne za pomocą rozdzielczej w czasie spektroskopii SERRS, identyfikacja bakterii z użyciem techniki SERS.

1.Kęcki Z., Podstawy spektroskopii molekularnej, PWN

2. Sadlej J., Spektroskopia molekularna, WNT

3. Materiały z prezentacji multimedialnych zademonstrowanych w ramach wykładu

Po wysłuchaniu wykładu student powinien:

a) potrafić pokrótce scharakteryzować techniki spektroskopii ramanowskiej:

- klasyczne rozpraszanie

- rezonansowy efekt Ramana (RR)

- powierzchniowo wzmocnione rozpraszania ramanowskie (SERS)

- TERS (tip enhanced Raman spectroscopy)

- spektroskopię CARS (Coherent Anti-Stokes Raman Spectroscopy)

- spektroskopię Ramana rozdzielczej w czasie

b) podać jakie informacje o badanej próbce wnoszą wyżej wymienione techniki, wskazać ich zalety oraz ograniczenia

c) wykazać użyteczność metod spektroskopii ramanowskiej w badaniach materiałów biologicznych, biomedycznych, technologicznie ważnych oraz związanych ze sztuką - potrafić podać przykłady zastosowań technik ramanowskich w tych dziedzinach

d) opisać zasadę działania ramanowskich szczypiec optycznych

e) porównać możliwości oraz rozdzielczość technik obrazowania: mapowania ramanowskiego, CARS oraz TERS

f) potrafić w przyszlości wskazać technikę spektroskopii ramanowskiej adekwatną do rozwiązania danego problemu naukowego

Na końcową ocenę wpływ będzie mieć także aktywność podczas zajęć prowadzonych zdalnie (w wersji synchronicznej).

Egzamin końcowy w formie pisemnej lub ustnej: kilka otwartych pytań wymagających zwięzłej odpowiedzi, w tym również propozycja techniki ramanowskiej stosownej do rozwiązania wskazanego zagadnienia. Czas: do 90 minut.

Nie dotyczy