Development and characterization of a microscope based on pump-probe spectroscopy: a valuable tool for the study of photoactivated drugs in cellulo

De la Cadena Pérez-Gallardo, Alejandro

doi:10.22032/dbt.39429

Dissertation 2018 CC BY 4.0

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Development and characterization of a microscope based on pump-probe spectroscopy : a valuable tool for the study of photoactivated drugs in cellulo

De la Cadena Pérez-Gallardo, Alejandro

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This thesis presents the construction and characterization of a microscope based on pumpprobe spectroscopy and its application to observe and study the evolution of photoinduced reactions. As compared to the typical pump-probe systems reported in the literature, which utilizes either 1 kHz or 80 MHz pulse-trains, the developed microscope was fed by pump pulse-trains at 125 kHz and probe pulse-trains at 250 kHz repetition rates in order to perform transient absorption microscopy (TAM). The use of such intermediate repetition rate reduces the unnecessary exposure of the sample to input field leading to risk of photo-induced damage and it also relaxes the use of lock-in detection, an unavoidable element for any MHz system, which increases the cost and complexity of the system. This gives the possibility to perform microspectroscopic studies of micro-structures with minimal photo-induced damage, a property that is especially important to the study of biological samples, without the incorporation of lock-in detection. Therefore, the developed TAM system by itself is a proof of concept.

In der vorliegenden Arbeit wurde die Konstruktion, Wirkungsweise und Anwendung eines mikroskopgestützten Pump-Probe Spektroskops Mikroskops sowie dessen Einsatz zu Lokalisierung und Beobachtung photoneninduzierter Reaktionen beschrieben. Sie soll sowohl als Einführung in die Pump-Probe Mikroskopie dienen als auch die Möglichkeiten dieser Technik herausstellen, welche Wissenschaftlern neue Sichtweisen auf ultraschnelle photonenindizierte Prozesse sowie Informationen zur Verteilung von medizinischen Wirkstoffen innerhalb einer Zelle liefern könnten. Dies kann ein Hinweis darauf liefern, wie sich ein untersuchtes Medikament in der Zelle bzw. des jeweiligen Zellbestandteils verhält. Ein solches mikrospektroskopisches Werkzeug ermöglicht nun die Charakterisierung von ausgewählten Molekülen in cellulo bezüglich ihrer photo-physikalischen Eigenschaften. Es wurde gezeigt, dass durch die spezifischen Eigenschaften der Pump-Probe Mikroskopie die Möglichkeit besteht die zeitliche Entwicklung von photoaktivierter Stoffe mit beugungsbegrenzter Auflösung zu untersuchen.