Kvantitatiivinen koherentti Raman-mikroskopia
Knutars, Eetu (2024)
Kandidaatintyö
2024
School of Engineering Science, Laskennallinen tekniikka
Kaikki oikeudet pidätetään.
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2024052737127
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2024052737127
Tiivistelmä
Raman-mikroskopia on optinen tekniikka, jolla saadaan kvantitatiivista tietoa aineen kemiallisista ominaisuuksista. Koherentti anti-Stokes Raman-sironta (CARS) on Raman-mikroskopian sovellus, jonka etuja perinteiseen Raman-mikroskopiaan ovat muun muassa lyhyempi mittausaika ja parempi spatiaalinen resoluutio. CARS-spektriä ei kuitenkaan voida käyttää sellaisenaan, vaan siitä täytyy ensin laskea Raman-spektrin muoto.
Tässä kandidaatintyössä perehdytään CARS-spektroskopiaan ja sen käyttöön kvantitatiivisena kuvantamismenetelmänä. Työssä esitellään matemaattiset menetelmät maksimientropiamalli ja aallokemuunnos, joiden avulla CARS-spektristä saadaan ratkaistua Raman-spektrin muoto. Menetelmien toimivuutta tarkastellaan suorittamalla analyysi proteiinipisaralle mitatulle hyperspektrikuvalle ja vertaamalla CARS-spektristä laskettuja Raman-spektrejä tarkasti mitattuihin Raman-spektreihin.
Proteiinipisaralle tehdyn analyysin perusteella todettiin käytettyjen matemaattisten menetelmien toimivan hyvin Raman-spektrin estimointiin CARS-spektristä. Lasketuissa Raman-spektreissä havaittiin paikoittain virhettä, minkä arveltiin johtuvan spektriin jääneestä taustavirheestä. Hyperspektrikuvien muodostamisessa havaittiin myös virhettä verrattaessa laskettua ja mitattua Raman-spektriä keskenään, jonka pääteltiin osittain johtuvan spektripiikkien tulkinnan toteuttamisesta. Jatkotutkimuksia varten ehdotettiin käytettävän kehittyneempää spektripiikkien analysointimenetelmää hyperspektrikuvien muodostamiseen.
Tässä kandidaatintyössä perehdytään CARS-spektroskopiaan ja sen käyttöön kvantitatiivisena kuvantamismenetelmänä. Työssä esitellään matemaattiset menetelmät maksimientropiamalli ja aallokemuunnos, joiden avulla CARS-spektristä saadaan ratkaistua Raman-spektrin muoto. Menetelmien toimivuutta tarkastellaan suorittamalla analyysi proteiinipisaralle mitatulle hyperspektrikuvalle ja vertaamalla CARS-spektristä laskettuja Raman-spektrejä tarkasti mitattuihin Raman-spektreihin.
Proteiinipisaralle tehdyn analyysin perusteella todettiin käytettyjen matemaattisten menetelmien toimivan hyvin Raman-spektrin estimointiin CARS-spektristä. Lasketuissa Raman-spektreissä havaittiin paikoittain virhettä, minkä arveltiin johtuvan spektriin jääneestä taustavirheestä. Hyperspektrikuvien muodostamisessa havaittiin myös virhettä verrattaessa laskettua ja mitattua Raman-spektriä keskenään, jonka pääteltiin osittain johtuvan spektripiikkien tulkinnan toteuttamisesta. Jatkotutkimuksia varten ehdotettiin käytettävän kehittyneempää spektripiikkien analysointimenetelmää hyperspektrikuvien muodostamiseen.