Brillouin-Spektrometer Alba
Alba ist das weltweit erste Vollständig integrierte Brillouin-Spektrometer auf Basis von On-Chip Silizium-Photonik. Die Alba ist ein miniaturisiertes Gerät, ohne zusätzliche optische Bauteile. Somit ist sie von Natur aus Alignment-frei und eignet sich für Laborumgebungen mit geringem Platz (Größe 12 x 14 x 10 cm³).
Trotz der sehr kleinen Größe müssen keine Kompromisse hinsichtlich Messgeschwindigkeit, spektraler Auflösung und Dynamikbereich gemacht werden. Des Weiteren besitzt die Alba eine standardmäßige Single-Mode-PM-Faserkopplung und kann somit an jedes gängige Spektrometer und Mikroskop gekoppelt werden. Es erweitert die Spektroskopie somit um eine optische, markierungsfreie Brillouin-Elastographie für mechanische 3D-Analysen.
Vorteile:
- Komplett integriert, basierend auf der sogenannten „on-chip-Technologie“
- Miniaturisiertes und tragbares System
- Alignmentfrei und Plug&Play-System
- Kompatibel mit Standardmikroskopen
- Hoher Dynamikbereich
- SubGHz Spektrale Auflösung
- Schnelle Spektralerfassung
- Temperaturstabil
Anwendungen der Brillouin-Spektroskopie
Mit der Brillouin-Spektroskopie können eine zerstörungs- und markierungsfreie sowie biomechanische Charakterisierung subzellulärer Strukturen in lebenden Zellen erfolgen und zudem können Veränderungen bei externen Stimuli oder intrazellulären Flüssig-zu-Festphasen-Übergänge erfasst werden. Anwendungsbereiche umfassen zum Beispiel die Prävention von Herz-Kreislauf-Erkrankungen und die Diagnose von Krebserkrankungen.
In lebenden Zellen und Gewebe kann eine Kartierung von mikromechanischen Eigenschaften erstellt werden. In der Pharmazie können Medikamente durch die nicht-invasive Bewertung ihrer Wirksamkeit in lebenden Zellen schneller entwickelt werden. Auch physikalische Eigenschaften wie Kristallinität und Viskosität können bei der Herstellung von Arzneimitteln überwacht werden. In der Medizin können chronische Krankheiten durch die Analyse der Zell- und Gewebemechanik frühzeitig erkannt und der Krankheitsverlauf überwacht werden.
Beispiele aus der biologischen Anwendung:
- Intrazelluläre Biomechanik:
Messungen von der lokalen Elastizität in lebenden Zellen, Überwachung der Veränderung während der Mitose, der Medikamenten-Exposition und der Übergänge von Flüssig-zu-Fest-Phasen. - Organoide und 3D Zellkultur Modelle:
Überwachung der mechanische Veränderungen während des Wachstums
und der Differenzierung; Untersuchung der Wirksamkeit der Medikamente durch Veränderung der Steifigkeit - Gewebe Engineering und Biomaterialien:
Überwachung der Polymerisationsdynamik sowie der Umgestaltung des Gerüstes (scaffold) und der Charakterisierung der Co-Kultursysteme, ohne die Probe zu zerstören - Tumor Mikroumgebung und extrazelluläre Matrix:
Erstellen von 3D-mechanischen Karten des Tumors und der extrazellulären Matrix, Informationen über Heterogenität und mechanobiologische Faktoren - Mehrschichtige/komplexe/körpereigenes Gewebe:
Veränderungen der Viskoelastizität in mehrschichtigen Geweben sowie Veränderungen, die in Zusammenhang mit der Pathologie oder Behandlungsreaktion stehen
Kurzüberblick Brillouin-Spektroskopie
Die Brillouin-Spektroskopie ist eine optische Methode zur Bestimmung biomechanischer Eigenschaften wie Viskosität oder Phasenübergänge. Lebende biologische Proben werden zerstörungsfrei und markierungsfrei vermessen. Das Licht tauscht Energie mit akustischen Phononen in der Probe aus. Die Ausbreitungsgeschwindigkeit und die Lebensdauer hängen von den viskoelastischen Eigenschaften des untersuchten Systems ab. Die erhaltenen Stokes- und Anti-Stokes-Brillouin-Peaks sind typischerweise um mehrere Gigahertz (GHz) gegenüber dem elastischen Rayleigh-Peak verschoben.
Wird Brillouin-Spektroskopie mit Raman-Spektroskopie kombiniert, können die mechanischen, strukturellen und chemischen Eigenschaften gleichzeitig ermittelt werden, selbst in trüben Medien.
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Specs
| Operating wavelengths | 532 nm; 660 nm |
|---|---|
| Spectral resolution | <0.6 GHz (<0.02 cm⁻¹) |
| Dynamic range | >90 dB |
| Rayleigh background suppression | >60 dB |
| Free spectral range | 30 GHz (1 cm⁻¹) |
| Signal-to-Noise Ratio (SNR)* @15mW, 100ms | >10 |
| Signal-to-Background Ratio (SBR)** @15mW, 100ms | >50 |
| Insertion loss (typical) | <3 dB |
| Optical input | SM PM fiber |
| Device dimensions | 12 x 14 x 10 cm³ |
| Weight | 2.3 kg |
| Operating temperature | -10ºC / 40ºC |
| PC connection | USB-c |