Entwicklung eines schnellen Raman-Mikrospektrometers und theoretische Untersuchung von geschwindigkeitsbegrenzenden Faktoren

Bildgebende Raman-Mikrospektroskopie ist eine weit verbreitete Möglichkeit, die chemische Zusammensetzung von Proben zerstörungsfrei zu untersuchen. Die vorliegende Arbeit stellt sich zur Aufgabe, diese Methode für die Untersuchung biologischer Proben so zu optimieren, dass der Einfluss der notwendigen hohen Beleuchtungsenergie auf die Probe möglichst gering bleibt und trotzdem zeitnahe Ergebnisse erzielt werden können. Dazu wird ein Raman-Mikrospektrometer basierend auf einem neuen bildgebenden Fourier-Transformations-Spektrometer und einer Lichtschichtbeleuchtung entwickelt und einem dem Stand der Technik entsprechenden konfokalen Raman-Mikrospektrometer gegenübergestellt. Das entwickelte Raman-Mikrospektrometer kann ein hyperspektrales Raman-Bild von einer Polymerprobe, mit über 4 000 000 Spektren und einer spektralen Auflösung von 4,4 cm 1 in unter 14 min aufzeichnen. Das zum Vergleich herangezogene Mikrospektrometer benötigt für die gleiche Aufgabe 213 mal länger. Außerdem wird mit beiden Spektrometern ein Volumen einer Zebrafischprobe aus 50 Ebenen mit voller spektraler Information aufgezeichnet. Bei gleicher Abbildungsqualität ist das entwickelte Raman-Mikrospektrometer noch immer 5,3 mal schneller. Basierend auf diesen praktischen Erkenntnissen werden die Signalentstehung in Mikrospektrometern verschiedenen Typs und der Einfluss der Beleuchtung auf die Probe theoretisch untersucht. Im Ergebnis können die erzielbaren Geschwindigkeiten aller Mikrospektrometertypen bei gleicher Bildqualität auf einfache Weise verglichen werden. Es zeigt sich, dass die gleichzeitige Beleuchtung von mehreren Probenpunkten aus thermischen Gründen eine Drosselung der Bestrahlungsstärke erzwingt. Dadurch werden die Geschwindigkeitsvorteile der Parallelisierung nivelliert. Das bestätigt nicht nur die Erfahrungen mit dem hier entwickelten Lichtschicht-Raman-Mikrospektrometer sondern weist auch die Richtung für künftige Versuche zur weiteren, deutlichen Geschwindigkeitssteigerung auf.