AF wird von der niederländischen Technologiestiftung STW, die der angewandten Wissenschaft Teilung der NWO ist, und dem Technologieprogramm des Bundesministeriums für Wirtschaft unterstützt. (STW OTP 11114).

<img alt="Figur 1" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/51847/51847fig1highres.jpg" width="500" /> Abbildung 1. Schematische Darstellung der CARS-Mikroskop-Setup mit dem Eigenstrom durch Auflösung Setup. Diese Zahl hat sich von Fussell et al 13 geändert. 1. Systemstart <ol><li> Schalten Sie die 20 ps gepulst 1064 nm Laser CARS und damit der Laser warm-up (ca. 1,5 h). </li><li> Schalten Sie die Deuteriumlampe UV-Lichtquelle und lassen es warm-up (ca. 10 min). </li><li> Öffnen Sie den Verschluss auf der Deuterium-Lampe UV-Lichtquelle, indem Sie die Verschlussschalter zu &quot;öffnen&quot;. </li><li> Schalten Sie den PC Mikroskopsteuerung und öffnen Sie die Mikroskop-Software. </li><li> Schalten Sie die UV-Spektrometer PC und öffnen Sie die Spektrometer-Software. </li></ol> 2. Mimikroskop-Setup <ol><li> Wählen Sie die gewünschte Mikroskopobjektiv. Verwenden Sie einen 20X/0.5 NA Ziel, die Ergebnisse in dieser Arbeit vorge zu erreichen. </li><li> Stellen Sie die Filter in der Filtersatz Revolver Anregung Laser übertragen und spiegeln die CARS-Signal. Wähle einen 775 nm-Langpass dichroitischen Spiegel und ein 650 nm-Bandpassfilter 40 nm, die in dieser Arbeit gezeigten Ergebnisse zu replizieren. </li><li> Legen Sie geeignete Filter vor dem Photomultiplier (PMT)-Detektor, der CARS-Signal und filtern unerwünschte Licht zu übertragen. Filtern das Licht mit 750 nm Kurzpassfilter und einem 650 nm Bandpassfilter 40 nm, die Versuche in dieser Arbeit durchgeführt reproduzieren. </li></ol> 3. System Testing <ol><li> Schalten Sie die peristaltische Pumpe und Pumpenauflösungsmedium für ein paar Minuten durch den Z-förmigen UV-Durchflusszelle, um vorherige Flüssigkeit aus der Rohrleitung zu löschen. </li><li> Die Fließgeschwindigkeit der Pumpe durch Wiegen der Menge des Lösungsmediums in 2 min gepumpt. Stellen Pumpendrehzahl until gewünschte Durchflussmenge erreicht ist. Pumpe das Auflösungsmedium bei einer Flussrate von 5 ml / min, um die Ergebnisse in dieser Arbeit berichtet erzielen. </li></ol> 4. UV Auflösung Mess <ol><li> In der UV-Spektrometer-Steuersoftware, klicken Sie auf das Menü &quot;Datei&quot; und dann auf &quot;Neu Absorptionsmessung&quot;, um ein Fenster, das alle verfügbaren Spektrometer listet öffnen. </li><li> Klicken Sie auf den richtigen UV-Spektrometer, und klicken Sie dann auf &quot;Weiter&quot;, um ein Fenster, das die Daten der Erfassungsparameter zeigt öffnen. </li><li> Definieren Sie sowohl die Integrationszeit und die spektrale Mittelung. Wählen einer Integrationszeit von 150 ms mit 200 Durchschnittswerte, die in dieser Arbeit gezeigten Ergebnisse zu replizieren. </li><li> Klicken Sie auf die Schaltfläche &quot;Weiter&quot; die verwendet werden, um die Referenzspektrum aufnehmen Bildschirm zu bringen. </li><li> Klicken Sie auf die Schaltfläche, die als gelbe Glühbirne, ein Referenzspektrum aufzunehmen erscheint. Pumpe Auflösungsmediums kontinuierlich während dieser Messung. </li><li> Schließen Sie den Auslöser auf der Deuterium-Lampe UV-Lichtquelle, indem Sie den Schalter auf &quot;geschlossen&quot;. </li><li> Klicken Sie auf die Schaltfläche &quot;Weiter&quot; die verwendet werden, um die Dunkelspektrum aufnehmen Bildschirm zu bringen. </li><li> Klicken Sie auf die Schaltfläche, die als graue Glühbirne, ein Dunkelspektrum aufzeichnen erscheint. Pumpe Auflösungsmediums kontinuierlich während dieser Messung. </li><li> Klicken Sie auf den Button mit der Aufschrift &quot;Finish&quot;, um die UV-Absorptionsmessungen beginnen. </li></ol> 5. CARS Auflösung Video <ol><li> In der CARS-Mikroskop-Steuersoftware, klicken Sie auf die Schaltfläche, die ein &quot;XYT&quot; Messung auswählt. </li><li> Klicken Sie auf das Dropdown-Feld und wählen Sie die Bildgröße in Pixeln. Wählen Sie eine Bildgröße von 512 x 512 Pixeln, um die Bilder in dieser Arbeit berichtet reproduzieren. </li><li> Ziehen Sie den Schieberegler, um Abbildungsgeschwindigkeit entweder dem &quot;schnell&quot;, &quot;mittel&quot; oder &quot;langsam&quot;-Position. Verwenden Sie die schnelle Scangeschwindigkeit (1,12 sec pro Bild) zu erreichenDie Ergebnisse in dieser Arbeit gezeigt. </li><li> Klicken Sie auf die Pfeile &quot;Zoom&quot; bezeichnet, um den Zoom einzustellen. Wählen Sie &quot;2x&quot; zoom, das Niveau der Zoom-und Sichtfeld (350 x 350 um) verwendet für diese Ergebnisse zu replizieren. </li><li> Klicken Sie auf das Dropdown-Feld und wählen Sie das Ziel verwendet. </li><li> Klicken Sie auf das Eingabefeld und geben Sie die Anzahl von Frames für die CARS Auflösung Video (je nach Länge des Experiments) erforderlich. Führen Sie die Auflösung für ca. 15 min durch die Aufnahme 900 Bilder, die in dieser Arbeit gezeigten Ergebnisse zu reproduzieren. </li></ol> 6. CARS Wellenlänge Tuning <ol><li> Verwendung des optisch parametrischen Oszillators (OPO) Steuerung die Einstellungen des OPO wie Temperatur, piezo Position und Lyot-Filterposition bis maximale Laserleistung bei der gewünschten Raman-Frequenz erreicht ist. Tune die OPO zu 2960 cm -1, die gleichen Ergebnisse wie die in diesem Artikel vorgestellten aufzeichnen. </li></ol> 7. Die Auflösung Experiment<ol><li> Legen Sie eine Tablette in die Probenhalter der fertigten CARS Durchflusszelle, Schraube der Probenhalter fest verschlossen, um ein Auslaufen zu verhindern. </li><li> Befestigen Sie die Rohrleitungen zu den Autos fließen Zellenverbindungs ​​CARS Flusszelle auf den Becher mit dem Lösungsmedium und die peristaltische Pumpe. </li><li> Stellen Sie die Fahrzeuge Flusszelle, die eine Tablette auf dem Mikroskoptisch. </li><li> Überprüfen Sie, dass die Autos die Durchflusszelle ist mit dem Lösungsmedium Becher, der Schlauchpumpe, Z-förmigen UV-Durchflusszelle und der Abfallsammelbecher verbunden. </li><li> Klicken Sie auf die Schaltfläche &quot;XY wiederholen&quot;, um die Scan-Mikroskop-System in einem kontinuierlichen Scan-Modus zu starten. </li><li> Einstellen des Fokus des Mikroskops durch Bewegen der Objektiv, bis die Oberfläche der Tablette in dem Sichtfeld auf dem Bildschirm Mikroskopsteuerung. </li><li> Klicken Sie auf den Schieberegler in der Mikroskopsteuerung-Software mit der Bezeichnung &quot;PMT&quot;. Stellen Sie die Empfindlichkeit des Detektors durch Erhöhung / Verringerung PMT-Spannung bisein zufriedenstellendes Bild (weder zu dunkel noch gesättigt) ist auf dem Bildschirm sichtbar. HINWEIS: Achten Sie darauf, nicht die PMT durch Verwendung von Hochspannung zu überlasten. Für diese Arbeit verwendeten wir ein PMT-Spannung etwa 600 V, aber dies kann in Abhängigkeit von der PMT verwendet werden, variieren. </li><li> Klicken Sie auf &quot;Stop&quot; in der Mikroskopsteuerung Software, um die kontinuierlichen Scan stoppen. </li><li> Gleichzeitig (oder so nah wie möglich) pumpen Lösungsmedium, starten Sie die Aufnahme eines einzigen XYT-Scan, und sammeln UV-Absorptionsspektren. </li><li> Während der Auflösung Experiment überwachen die Video-Aufzeichnung und das Mikroskop manuell einstellen Fokus, um sicherzustellen, die Tablette ist ständig im Fokus. </li></ol> 8. Beitrag Auflösung <ol><li> Stoppen Sie die peristaltische Pumpe, indem Sie es aus. </li><li> Klicken Sie im Menü &quot;Datei&quot; und klicken Sie dann auf &quot;Speichern als Video&quot; auf der Mikroskopsteuerung Software, um die XYT Scan als Video zu speichern. </li><li> Klicken Sie auf das Menü &quot;Datei&quot;, dann auf &quot;Speichern &quot;und dann auf&quot; Stop Export &quot;auf der Spektrometer-Steuersoftware, die Sammlung von UV-Absorptionsspektren zu stoppen. </li><li> Entfernen Sie die Durchflusszelle CARS von der Mikroskoptisch und nehmen Sie die Tablette aus der CARS-Durchflusszelle. </li><li> Waschen Sie die CARS-Durchflusszelle mit Wasser und Ethanol, und trocknen mit Seidenpapier. </li></ol>

<ol>
	<li>Ku, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Use+of+the+Biopharmaceutical+Classification+System+in+Early+Drug+Development.">Use of the Biopharmaceutical Classification System in Early Drug Development.</a> The AAPS Journal. 10, 208-212 (2008).</li><li>. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+United+States+Pharmacopeia.">The United States Pharmacopeia.</a> United States Pharmacopeial Convention 32nd ed. , 1-8 (2009).</li><li>Florence, A. J., Johnston, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Applications+of+ATR+UV/vis+spectroscopy+in+physical+form+characterisation+of+pharmaceuticals.">Applications of ATR UV/vis spectroscopy in physical form characterisation of pharmaceuticals.</a> Spectrosc. Eur. 4, (2004).</li><li>Aaltonen, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=In+situ+measurement+of+solvent-mediated+phase+transformations+during+dissolution+testing.">In situ measurement of solvent-mediated phase transformations during dissolution testing.</a> J. Pharm. Sci. 95, 2730-2737 (2006).</li><li>Savolainen, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Better+understanding+of+dissolution+behaviour+of+amorphous+drugs+by+in+situ+solid-state+analysis+using+Raman+spectroscopy.">Better understanding of dissolution behaviour of amorphous drugs by in situ solid-state analysis using Raman spectroscopy.</a> European Journal of Pharmaceutics and Biopharmaceutics. 71, 71-79 (2009).</li><li>Slipchenko, M. N., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Vibrational+imaging+of+tablets+by+epi-detected+stimulated+Raman+scattering+microscopy.">Vibrational imaging of tablets by epi-detected stimulated Raman scattering microscopy.</a> Analyst. 135, 2613-2619 (2010).</li><li>Parekh, S. H., Lee, Y. J., Aamer, K. A., Cicerone, M. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Label-Free+Cellular+Imaging+by+Broadband+Coherent+Anti-Stokes+Raman+Scattering+Microscopy.">Label-Free Cellular Imaging by Broadband Coherent Anti-Stokes Raman Scattering Microscopy.</a> Biophys. J. 99, 2695-2704 (2010).</li><li>Kang, E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=In+Situ+Visualization+of+Paclitaxel+Distribution+and+Release+by+Coherent+Anti-Stokes+Raman+Scattering+Microscopy.">In Situ Visualization of Paclitaxel Distribution and Release by Coherent Anti-Stokes Raman Scattering Microscopy.</a> Anal. Chem. 78, 8036-8043 (2006).</li><li>Kang, E., Robinson, J., Park, K., Cheng, J. -. X. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Paclitaxel+distribution+in+poly(ethylene+glycol)/poly(lactide-co-glycolic+acid)+blends+and+its+release+visualized+by+coherent+anti-Stokes+Raman+scattering+microscopy.">Paclitaxel distribution in poly(ethylene glycol)/poly(lactide-co-glycolic acid) blends and its release visualized by coherent anti-Stokes Raman scattering microscopy.</a> J. Controlled Release. 122, 261-268 (2007).</li><li>Kang, E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Application+of+coherent+anti-stokes+Raman+scattering+microscopy+to+image+the+changes+in+a+paclitaxel-poly(styrene-b-isobutylene-b-styrene)+matrix+pre-+and+post-drug+elution.">Application of coherent anti-stokes Raman scattering microscopy to image the changes in a paclitaxel-poly(styrene-b-isobutylene-b-styrene) matrix pre- and post-drug elution.</a> Journal of Biomedical Materials Research Part A. 87A, 913-920 (2008).</li><li>Jurna, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Coherent+anti-Stokes+Raman+scattering+microscopy+to+monitor+drug+dissolution+in+different+oral+pharmaceutical+tablets.">Coherent anti-Stokes Raman scattering microscopy to monitor drug dissolution in different oral pharmaceutical tablets.</a> Journal of Innovative Optical Health Sciences. 2, 37-43 (2009).</li><li>Windbergs, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Chemical+Imaging+of+Oral+Solid+Dosage+Forms+and+Changes+upon+Dissolution+Using+Coherent+Anti-Stokes+Raman+Scattering+Microscopy.">Chemical Imaging of Oral Solid Dosage Forms and Changes upon Dissolution Using Coherent Anti-Stokes Raman Scattering Microscopy.</a> Anal. Chem. 81, 2085-2091 (2009).</li><li>Fussell, A., Garbacik, E., Offerhaus, H., Kleinebudde, P., Strachan, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=In+situ+dissolution+analysis+using+coherent+anti-Stokes+Raman+scattering+(CARS)+and+hyperspectral+CARS+microscopy.">In situ dissolution analysis using coherent anti-Stokes Raman scattering (CARS) and hyperspectral CARS microscopy.</a> European Journal of Pharmaceutics and Biopharmaceutics. 85, 1141-1147 (2013).</li><li>Lua, Y. -. Y., Cao, X., Rohrs, B. R., Aldrich, D. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Surface+Characterizations+of+Spin-Coated+Films+of+Ethylcellulose+and+Hydroxypropyl+Methylcellulose+Blends.+.">Surface Characterizations of Spin-Coated Films of Ethylcellulose and Hydroxypropyl Methylcellulose Blends. .</a> Langmuir. 23, 4286-4292 (2007).</li><li>Skoog, F. J., Holler, S. R., Crouch, <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Principles of Instrument analysis. 6 ed. , (2007).</li><li>Rodr&#237;guez-Hornedo, N., Lechuga-Ballesteros, D., Hsiu-Jean, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Phase+transition+and+heterogeneous/epitaxial+nucleation+of+hydrated+and+anhydrous+theophylline+crystals.">Phase transition and heterogeneous/epitaxial nucleation of hydrated and anhydrous theophylline crystals.</a> Int. J. Pharm. 85, 149-162 (1992).</li></ol>

Die Autoren erklären, dass sie keine finanziellen Interessen konkurrieren.

When performing CARS microscopic dissolution experiments there are a few critical aspects that need to be monitored during the experiment. Firstly, introducing the dissolution medium to the CARS flow cell causes the focus to move. This means that the image is immediately lost and it takes a few microns of objective adjustment to find the surface again. Secondly, there is risk of liquid leakage from the CARS flow cell if the glass cover breaks during the experiment. This can potentially cause liquid damage to the optics, so it is important to listen for any cracking sound that could mean the glass has broken. Finally, there is also a small chance that the piping can become blocked due to particulate matter in the system during the experiment, this can be seen as a sudden unusual change in the UV spectra and also through periodically checking the flow during the experiment.
Particulate blockage of the piping is mainly an issue with tablets that have been designed to disintegrate during dissolution. This is one of the limitations for this technique as this system requires the surface of the tablet to remain intact throughout the dissolution to allow imaging. In addition to disintegrating tablets, it is currently not possible to image tablets that are designed to swell during dissolution as this can lead to breakage of the CARS flow cell.
Imaging tablets during dissolution provides a greater understanding of what is occurring on the surface of a dissolving tablet. Conventional pharmaceutical dissolution methods focus only on the drug content dissolved in the dissolution medium which can identify whether the tablet passes or fails the required standard. However, in the case of a failed test it is difficult to determine what caused the failure. The case of a failed dissolution test is potentially where in situ dissolution analysis using CARS microscopy can provide answers.
Future applications for in situ dissolution analysis using CARS microscopy could include investigations using more complicated tablets containing more than one drug or excipient, in particular non-swelling sustained or controlled release dosage forms during formulation development. Additionally, it could be possible to investigate samples using biorelevant dissolution media creating conditions more closely related to in vivo. 
In conclusion, this work shows that CARS microscopy is capable of rapid chemically specific imaging based on Raman vibrational frequencies allowing selective imaging of the drug in a tablet containing both drug and excipient. Additionally, CARS microscopy combined with inline UV absorption spectroscopy is a powerful tool capable of monitoring the surface of tablets undergoing dissolution and correlating surface changes seen using CARS with changes in dissolution rate.

Während der Entwicklung von oralen pharmazeutischen Dosierungsformen, wie Tabletten und Kapseln gibt es eine starke Betonung auf Auflösungsprüfung. Orale Dosierungsformen erforderlich, sich aufzulösen, bevor sie für die therapeutische Wirksamkeit absorbiert werden. Schwerlösliche Medikamente haben in der Regel Probleme erreichen eine ausreichende Konzentration, die Auflösungstests besonders wichtig 1 macht. Arznei Auflösung Methoden werden am häufigsten für die Auflösung Analyse verwendet. In den meisten Fällen erfordert dies die Vorbereitung das Medikament als eine Tablette oder Kapsel, die dann in ein Becherglas von fließenden Lösungsmedium platziert wird. Das gelöste Wirkstoffkonzentration wird dann durch Analyse von Proben des Auflösungsmediums unter Verwendung eines Standard-Spektroskopieverfahren, wie UV-Absorptionsspektroskopie 2 bestimmt. Diese traditionellen pharmazeutischen Auflösungsverfahren bieten keine direkte Analyse der Probe oder alle Änderungen, die an der Lösefläche der Dosierungsform auftritt könnte.Direkte Analyse der Probe während der Auflösung können mehr Informationen über das Auflösen Dosierungsform und potentiell Probleme zu identifizieren, was zur Auflösung Testfehler. Direkte Analyse Auflösen Darreichungsformen erfordert die Verwendung von in situ-Analysetechniken, die zur Überwachung des Auflösungsprozesses sind. In situ während der Auflösung der Aufzeichnung analytische Technik nicht durch die Anwesenheit des Lösungsmediums beeinflusst werden und das Verfahren benötigt eine hohe zeitliche Auflösung, um Änderungen in der Lösungsdosierungsform in der Größenordnung von Sekunden zuverlässig zu messen. Abgeschwächte Totalreflexion der UV-Spektroskopie wurde gezeigt, geeignet für die Messung von Veränderungen während der Auflösung sein, aber fehlt räumliche Auflösung von Abbildungstechniken 3 vorgesehen. Traditionelle Pharmabildgebende Verfahren wie Rasterelektronenmikroskopie (SEM), und spontane Raman-Mapping beide begrenzenden Faktoren Verhinderung ihrer Verwendung insitu für die Auflösung. SEM-Bildgebung ist ein hochauflösender schnelle Bildgebungsverfahren in der Lage ist die Abbildung der Oberfläche des pharmazeutischen Darreichungsformen. Allerdings ist REM-Aufnahmen in der Regel unter Vakuumbedingungen durchgeführt und erfordert eine Probebeschichtung so dass es für die in situ-Bildgebung Auflösung ungeeignet. Fasergekoppelte spontane Raman-Spektroskopie in Kombination mit einer Durchflusszelle und UV-Durchfluß-Absorptionsspektroskopie durchgeführt worden, um verschiedene Arzneimittel Systeme in situ während der Auflösung zu überwachen, einschließlich Theophyllin 4, Carbamazepin, Indomethacin und 5. Raman-Spektroskopie der Lage war, die Identifizierung Oberflächenveränderungen während der Auflösung auftreten, aber es gab keine räumlichen Informationen darüber, wo die Oberflächenveränderungen auftraten. Spontane Raman-Mapping verwendet Raman-Spektren und stellt räumliche Informationen über die Oberfläche der Probe, sondern Abbildung erfolgt in der Grßenordnung von Minuten bis Stunden, abhängig von der Bildfläche, so dasses für die in situ-Bildgebung Auflösung ungeeignet. Coherent Anti-Stokes-Raman-Streuung (CARS) Mikroskopie ist eine schnelle Bildgebungstechnik und mit Inline-UV-Absorptionsspektroskopie hat es uns erlaubt, eine Technik, mit der In-situ-Analyse Auflösung zu entwickeln. CARS-Mikroskopie ermöglicht eine schnelle chemisch selektive Bildgebung, die nicht durch die Anwesenheit von Lösungsmedium beeinflusst wird dass es ein geeignetes Verfahren zur In-situ-Analyse der Auflösung. CARS Techniken lassen sich grob in zwei Gruppen, basierend auf der Pulsdauer des Lasers aufgeteilt ist; wobei ein Schmalband-CARS (Pikosekunden-Pulslasern), und die andere ist Breitband-CARS (Femtosekundenlaser). Eine typische CARS-Mikroskop-System besteht aus zwei gepulste Laserquellen und einem inversen Mikroskop. Um ein CARS-Signal zu erzeugen, einer der gepulste Laser abstimmbar zu sein braucht, so gibt es eine Frequenzdifferenz zwischen den beiden Lasern, die eine Raman-Schwingung entspricht. Zusätzlichdie beiden Laser erforderlich sind, um überlappen im Raum (Raum-) und Zeit (zeitliche) mit Impulsen von beiden Laser auf den gleichen Bereich der Probe zur gleichen Zeit ankommen. Als Raman-Schwingungen sind chemisch spezifische und CARS-Signal ist nur im Fokusvolumen des Mikroskops erzeugt wird, ist der CARS-Mikroskopie, die chemisch selektive Darstellung mit einer Auflösung bis in den Beugungsgrenze. Schmalband-CARS-Mikroskopie mit einem einzigen Raman-Schwingungsmodus ermöglicht im Vergleich zu spontanen Raman-Mapping-Techniken 6 über 100x schneller Bildgebung. Breitband-CARS-Mikroskopie-Aufnahmen über einen größeren Spektralbereich (600-3,200 cm -1 vs ~ 4 cm -1), hat aber eine geringere spektrale Auflösung (ca. 10 cm -1 vs ~ 4 cm -1) und langsamere Belichtungsgeschwindigkeit (50 ms / Pixel vs ~ 5 Mikrosekunden / Pixel) im Vergleich zu Schmalband-CARS-Mikroskopie 7. Schmalband-CARS-Mikroskopie hat zu dru Bild verwendet wurdeg Mitteilung von einigen pharmazeutischen Anlagen. Im Bereich der pharmazeutischen Formulierungen, Kang et al. 8-10 abgebildet Arzneimittel beladene Polymerfilme. Sie anfangs abgebildet wird die Verteilung der Arzneimittelbeladung, die durch Abbildung der Wirkstofffreisetzung aus einem statischen Auflösungsmedium wurde gefolgt. Jurna et al. Windbergs 11 und et al. 12 ging einen Schritt weiter und zuerst abgebildet Theophyllin die Lipidverteilung in Darreichungsformen, gefolgt von Abbildung der Arzneimittelauflösung mit Hilfe eines dynamischen Lösungsmedium. Wir haben eine neue analytische Methode, um Veränderungen der Oberfläche auf dem Tablet unterziehen Auflösung mit Schmalband-CARS-Mikroskopie während der Aufnahme des gelösten Wirkstoffkonzentration mit UV-Absorptionsspektroskopie gleichzeitig zu überwachen entwickelt. Wir zeigen die Verwendung dieser Methode Bildgebung Tabletten mit dem Medikament Theophyllin Modell kombiniert mit Ethylcellulose zogen Auflösung mit Wasser als Lösungsmedium.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="827">
	<tbody>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;width:219px;">Name of the Material/Equipment</td>
			<td style="width:139px;">Company</td>
			<td style="width:99px;">Catlog number</td>
			<td style="width:189px;">Comments/Description</td>
			<td style="width:183px;">Website</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Paladin 1064nm laser</td>
			<td>Coherent&#160;</td>
			<td>N/A</td>
			<td>Prototype model not for sale</td>
			<td><a href="http://www.coherent.com/">http://www.coherent.com/</a></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Levante Emerald Optical parametric oscillator</td>
			<td>APE Berlin</td>
			<td>N/A</td>
			<td></td>
			<td><a href="http://www.ape-berlin.de/en/products/levante/levante-emerald-opo#block-views-products-block-1">http://www.ape-berlin.de/en/products/levante/levante-emerald-opo#block-views-products-block-1</a></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">IX 71 Microscope</td>
			<td>Olympus</td>
			<td>N/A</td>
			<td></td>
			<td><a href="http://www.olympusamerica.com/seg_section/product.asp?product=1023">http://www.olympusamerica.com/seg_section/product.asp?product=1023</a></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Fluoview 300 scanning unit</td>
			<td>Olympus</td>
			<td>N/A</td>
			<td></td>
			<td>http://www.olympusamerica.com/seg_section/seg_product_print.asp?product=133</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Photon multiplier tube R3896</td>
			<td>Hamamatsu</td>
			<td>N/A</td>
			<td></td>
			<td><a href="https://www.hamamatsu.com/jp/en/R3896.html">https://www.hamamatsu.com/jp/en/R3896.html</a></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Free standing optics / filters</td>
			<td>Thorlabs and Chroma</td>
			<td>N/A</td>
			<td></td>
			<td><a href="http://www.chroma.com/">http://www.chroma.com/</a></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;"></td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td><a href="http://www.thorlabs.de/index.cfm?">http://www.thorlabs.de/index.cfm?</a></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Reglo peristaltic pump</td>
			<td>ISMATEC</td>
			<td>N/A</td>
			<td></td>
			<td><a href="http://www.ismatec.com/int_e/pumps/t_reglo/reglo.htm">http://www.ismatec.com/int_e/pumps/t_reglo/reglo.htm</a></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">USB2000+ spectrometer</td>
			<td>Ocean Optics</td>
			<td>N/A</td>
			<td></td>
			<td><a href="http://www.oceanoptics.com/products/usb2000+.asp">http://www.oceanoptics.com/products/usb2000+.asp</a></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">DT-MINI-2-GS light source</td>
			<td>Ocean Optics</td>
			<td>N/A</td>
			<td></td>
			<td><a href="http://www.oceanoptics.com/Products/dtmini.asp">http://www.oceanoptics.com/Products/dtmini.asp</a></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">FIA-Z-SMA-TEF Z shaped flow cell</td>
			<td>Ocean Optics</td>
			<td>N/A</td>
			<td></td>
			<td><a href="http://www.oceanoptics.com/Products/fiazsmaflowcells.asp">http://www.oceanoptics.com/Products/fiazsmaflowcells.asp</a></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">QP400-2-SR-BX optical fiber</td>
			<td>Ocean Optics</td>
			<td>N/A</td>
			<td></td>
			<td><a href="http://www.oceanoptics.com/Products/premgradesol.asp">http://www.oceanoptics.com/Products/premgradesol.asp</a></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Plastic piping</td>
			<td>ISMATEC</td>
			<td>N/A</td>
			<td></td>
			<td><a href="http://www.ismatec.com/int_e/tubing/misc/tubing_home.htm">http://www.ismatec.com/int_e/tubing/misc/tubing_home.htm&#160;</a></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">CARS dissolution tablet flow cell</td>
			<td>N/A</td>
			<td>N/A</td>
			<td colspan="2">Homebuilt at university - designed to hold 12mm diameter, 3mm thick tablets. The flowcell has a channel depth of around 0.5mm.</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Glass beakers</td>
			<td>VWR</td>
			<td>D108980</td>
			<td></td>
			<td><a href="https://us.vwr.com/store/catalog/product.jsp?product_id=4537423">https://us.vwr.com/store/catalog/product.jsp?product_id=4537423</a></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Theophylline anhydrate</td>
			<td>BASF</td>
			<td>30058079</td>
			<td></td>
			<td><a href="http://www.basf.com/group/corporate/en/brand/THEOPHYLLINE">http://www.basf.com/group/corporate/en/brand/THEOPHYLLINE</a></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">ethylcellulose</td>
			<td>Colorcon</td>
			<td>N/A</td>
			<td></td>
			<td><a href="http://www.colorcon.com/products-formulation/all-products/film-coatings/sustained-release/ethocel">http://www.colorcon.com/products-formulation/all-products/film-coatings/sustained-release/ethocel&#160;</a></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

coherent anti-stokes raman scattering (cars) microscopy visualizes pharmaceutical tablets during dissolution

Traditionelle pharmazeutischen Auflösungstests bestimmen die Menge der Droge im Laufe der Zeit durch Messung Drogengehalt im Lösungsmedium gelöst. Dieses Verfahren bietet nur wenig direkte Information darüber, was auf der Oberfläche des Löse Tablette passiert. Wie der Tablettoberfläche Zusammensetzung und Struktur kann während der Auflösung ändern, ist es wichtig, sie während der Auflösung Tests überwachen. In dieser Arbeit kohärente Anti-Stokes-Raman-Streuung Mikroskopie wird während der Auflösung der Bild die Oberfläche von Tabletten verwendet wird, während UV-Absorptionsspektroskopie wird gleichzeitig eine Inline-Analyse von gelösten Wirkstoffkonzentration für Tabletten, die eine 50% ige Mischung von Theophyllin Anhydrats und Ethylcellulose. Die Messungen zeigten, dass in situ der CARS-Mikroskopie ist in der Lage selektiv Abbildungs ​​Theophyllin in Gegenwart von Ethylcellulose. Zusätzlich zu Theophyllin-Monohydrat umgewandelt Theophyllin Anhydrats die während der Auflösung, mit nadelförmigen SchreiŠtāls wachsen auf der Tablettoberfläche während der Auflösung. Die Umwandlung von Theophyllin Anhydrat in das Monohydrat, verbunden mit reduzierten Exposition des Arzneimittels an das strömende Lösungsmedium führte zu einer verringerten Auflösungsraten. Unsere Ergebnisse zeigen, dass in-situ-CARS-Mikroskopie in Kombination mit Inline-UV-Absorptionsspektroskopie in der Lage ist die Überwachung pharmazeutische Tablette Auflösung und Oberflächenveränderungen korrelieren mit Veränderungen in der Auflösungsrate.

In-situ-Analyse mit Auflösung CARS-Mikroskopie wurde auf Tabletten (12 mm Durchmesser, flache), der eine 50:50-Mischung aus dem Modellarznei Theophyllin Anhydrats und Ethylcellulose mit destilliertem Wasser auf 5 ml / min als Lösungsmedium durchgeführt. CARS Bilder (512 x 512 Pixel) wurden alle 1,12 Sekunden bei der Raman-Schwingungsfrequenz 2.960 cm -1, die selektiv für den Theophyllin-Gehalt in der Tablette für die Dauer des Lösungsversuch. 2 zeigt ausgewählte Bilder aus dem Video-Auflösung gesammelt. Zu Beginn der Auflösung (Abbildung 2, Zeit 0 s) gibt es Gebiete, die den grünen Theophyllin Gehalt der Tablette und es gibt auch dunkle Bereiche, wo es nur Ethyl vorliegenden Cellulose auf der Oberfläche der Tablette. In den dunklen Bereichen auf der Oberfläche der Tablette ist es möglich, schwach sehen die Ethylcellulose Gehalt. Dies liegt daran, es wird berichtet, dass Ethyl cellulose Raman-Schwingungsfrequenzen mit Maxima um 2930 und 2975 cm -1 14. Nach etwa 60 Sekunden erscheint der Beginn Theophyllin-Monohydrat-Kristallwachstum auf der Oberfläche, die als schmale nadelförmige Kristalle nach außen wächst aus mindestens einer Kristallkern in der Mitte des Rahmens (2, Zeit 60 Sek.) gesehen werden kann . Das Monohydrat Kristallwachstum viel deutlicher nach 130 sec beobachtet (Fig. 2, Zeit 130 sec). Zusätzlich wird zum Zeitpunkt 130 Sekunden ist ersichtlich, dass die Monohydrat-Kristall nicht vollständig über die Oberfläche der Tablette verteilt. Es scheint, als ob die Anwesenheit der Ethylcellulose Regionen physisch blockiert die Verlängerung des Monohydrats Nadeln. Nach 250 Sek. kann gesehen werden, dass die Monohydrat Bedeckung der Oberfläche ist nicht, wie vorstehend was nahe legt, dass die Monohydrat-Kristalle beginnen sich aufzulösen. Abbildung 2. Rahmen von CARS Auflösung Video. Ausgewählte Autos Bilder (2960 cm -1) von einer Auflösung Video für eine Theophyllin Anhydrats mit Ethylcellulose Tablette. Die Bild 0 sec ist an einem Bereich der Probe aufgezeichnet, während die 60, 130 und 250 sec Bilder in einem anderen Bereich der Probe aufgezeichnet. Die CARS-Video ist als Zusatzinformation zur Verfügung. Scale-Bar ist 50 um. Ultraviolett-(UV-) Spektroskopie ist eine Form der Absorptionsspektroskopie unter Verwendung von UV-Licht als Anregungsquelle. UV-Spektroskopie Maßnahmen Elektronenübergänge vom Grundzustand in einen angeregten Zustand 15. Theophyllin hat einen breiten Peak um 270 nm zentriert, während Ethylcellulose ist in der Lösungsmedium, so ist nicht zu erwarten, um die UV-Spektrum aufgenommen beitragen praktisch unlöslich. Analyse der DissoziaLösung Medium unter Verwendung des Inline-z-förmigen UV-Durchflusszelle erlaubt uns zur quantitativen Bestimmung der Menge des Arzneimittels während der Auflösung gelöst. Fig. 3 zeigt das UV-Auflösungsprofil die Auflösung des Theophyllin-Anhydrat mit Ethylcellulose Tablette. Die UV-Lösungsprofil (Fig. 3) zeigt, dass die Auflösung von Theophyllin Anhydrat beginnt rasch eine maximale Konzentration von etwa 90 ug / ml innerhalb von 120 sec; nach diesem Zeitpunkt die Auflösungsrate zu sinken beginnt. Die Verringerung der Lösungsgeschwindigkeit kann aufgrund der Anwesenheit von Theophyllin-Monohydrat (Löslichkeit 6 mg / ml bei 25 ° C 16)-Kristalle auf der Oberfläche, die weniger löslich ist als Theophyllin-Anhydrat (Löslichkeit 12 mg / ml bei 25 ° C 16 sein ) und deutlich in der CARS-Auflösung Video (Abbildung 2) zu diesem Zeitpunkt gesehen. Die schrittweise Reduzierung Auflösungsrate könnte auch teilweise erklärt werden bya Verringerung der Theophyllin-Exposition gegenüber dem strömenden Medium. Diese Verringerung tritt auf, da Ethylcellulose ist in Wasser praktisch unlöslich, so daß das Theophyllin löst das verbleibende Ethylcellulose behindert Theophyllin Exposition gegenüber dem Lösungsmedium. <img alt="Fig. 3" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/51847/51847fig3highres.jpg" width="500" /> Abbildung 3. UV Auflösungsprofil. Konzentration gegen die Zeit für eine Theophyllin Anhydrats kombiniert mit Ethylcellulose Tablette, die die Konzentration von Theophyllin im Lösungsmedium während der Auflösung Experiment.

Watch this Scientific Journal Video about Coherent anti-Stokes Raman Scattering CARS Microscopy Visualizes Pharmaceutical Tablets During Dissolution at JoVE.com

Coherent anti-Stokes Raman Scattering CARS Microscopy Visualizes Pharmaceutical Tablets During Dissolution

Coherent Anti-Stokes-Raman-Streuung (CARS) Mikroskopie mit einer Grenzdurchfluss Auflösung Setup, um in situ und Echtzeit-Visualisierung der Oberfläche des pharmazeutischen Tabletten unterziehen Auflösung ermöglichen kombiniert. Mit diesem maßgeschneiderten Aufbau ist es möglich, Videos mit CARS Drogenauflösungsprofile aufgenommen mit Inline-UV-Absorptionsspektroskopie zu korrelieren.

Coherent Anti-Stokes-Raman-Streuung (CARS) Mikroskopie visualisiert Pharmazeutische Tabletten während der Auflösung

Traditional pharmaceutical dissolution tests determine the amount of drug dissolved over time by measuring drug content in the dissolution medium. This ...

coherent-anti-stokes-raman-scattering-cars-microscopy-visualizes

Research

JoVE Journal

Engineering

Coherent anti-Stokes Raman Scattering (CARS) Microscopy Visualizes Pharmaceutical Tablets During Dissolution

18.0K Aufrufe.  University of Twente.  Coherent Anti-Stokes-Raman-Streuung (CARS) Mikroskopie mit einer Grenzdurchfluss Auflösung Setup, um in situ und Echtzeit-Visualisierung der Oberfläche des pharmazeutischen Tabletten unterziehen Auflösung ermöglichen kombiniert. Mit diesem maßgeschneiderten Aufbau ist es möglich, Videos mit CARS Drogenauflösungsprofile aufgenommen mit Inline-UV-Absorptionsspektroskopie zu korrelieren. 

Serie: Coherent anti-Stokes Raman Scattering CARS Microscopy Visualizes Pharmaceutical Tablets During Dissolution

Measuring Spatially- and Directionally-varying Light Scattering from Biological Material

Light interacts with an organism's integument on a variety of spatial scales. For example in an iridescent bird: nano-scale structures produce color; the milli-scale structure of barbs and barbules largely determines the directional pattern of reflected light; and through the macro-scale spatial structure of overlapping, curved feathers, these directional effects create the visual texture. Milli-scale and macro-scale effects determine where on the organism's body, and from what viewpoints and under what illumination, the iridescent colors are seen. Thus, the highly directional flash of brilliant color from the iridescent throat of a hummingbird is inadequately explained by its nano-scale structure alone and questions remain. From a given observation point, which milli-scale elements of the feather are oriented to reflect strongly? Do some species produce broader "windows" for observation of iridescence than others? These and similar questions may be asked about any organisms that have evolved a particular surface appearance for signaling, camouflage, or other reasons.
In order to study the directional patterns of light scattering from feathers, and their relationship to the bird's milli-scale morphology, we developed a protocol for measuring light scattered from biological materials using many high-resolution photographs taken with varying illumination and viewing directions. Since we measure scattered light as a function of direction, we can observe the characteristic features in the directional distribution of light scattered from that particular feather, and because barbs and barbules are resolved in our images, we can clearly attribute the directional features to these different milli-scale structures. Keeping the specimen intact preserves the gross-scale scattering behavior seen in nature. The method described here presents a generalized protocol for analyzing spatially- and directionally-varying light scattering from complex biological materials at multiple structural scales.

We present a non-destructive method for sampling spatial variation in the direction of light scattered from structurally complex materials. By keeping the material intact, we preserve gross-scale scattering behavior, while concurrently capturing fine-scale directional contributions with high-resolution imaging. Results are visualized in software at biologically-relevant positions and scales.

Mess-und Richtungs räumlich variierenden Lichtstreuung aus biologischem Material

Light interacts with an organism's integument on a variety of spatial scales. For example in an iridescent bird: nano-scale structures produce color; the ...

Forschung

Ingenieurwesen

Surface Enhanced Raman Spectroscopy Detection of Biomolecules Using EBL Fabricated Nanostructured Substrates

Fabrication and characterization of conjugate nano-biological systems interfacing metallic nanostructures on solid supports with immobilized biomolecules is reported. The entire sequence of relevant experimental steps is described, involving the fabrication of nanostructured substrates using electron beam lithography, immobilization of biomolecules on the substrates, and their characterization utilizing surface-enhanced Raman spectroscopy (SERS). Three different designs of nano-biological systems are employed, including protein A, glucose binding protein, and a dopamine binding DNA aptamer. In the latter two cases, the binding of respective ligands, D-glucose and dopamine, is also included. The three kinds of biomolecules are immobilized on nanostructured substrates by different methods, and the results of SERS imaging are reported. The capabilities of SERS to detect vibrational modes from surface-immobilized proteins, as well as to capture the protein-ligand and aptamer-ligand binding are demonstrated. The results also illustrate the influence of the surface nanostructure geometry, biomolecules immobilization strategy, Raman activity of the molecules and presence or absence of the ligand binding on the SERS spectra acquired.

We describe the fabrication and characterization of nano-biological systems interfacing nanostructured substrates with immobilized proteins and aptamers. The relevant experimental steps involving lithographic fabrication of nanostructured substrates, bio-functionalization, and surface-enhanced Raman spectroscopy (SERS) characterization, are reported. SERS detection of surface-immobilized proteins, and probing of protein-ligand and aptamer-ligand binding is demonstrated.

Oberflächenverstärkte Raman-Spektroskopie Detektion von Biomolekülen Mit EBL Fabricated nanostrukturierte Substrate

Fabrication and characterization of conjugate nano-biological systems interfacing metallic nanostructures on solid supports with immobilized biomolecules ...

Characterization of Nanocrystal Size Distribution using Raman Spectroscopy with a Multi-particle Phonon Confinement Model

Analysis of the size distribution of nanocrystals is a critical requirement for the processing and optimization of their size-dependent properties. The common techniques used for the size analysis are transmission electron microscopy (TEM), X-ray diffraction (XRD) and photoluminescence spectroscopy (PL). These techniques, however, are not suitable for analyzing the nanocrystal size distribution in a fast, non-destructive and a reliable manner at the same time. Our aim in this work is to demonstrate that size distribution of semiconductor nanocrystals that are subject to size-dependent phonon confinement effects, can be quantitatively estimated in a non-destructive, fast and reliable manner using Raman spectroscopy. Moreover, mixed size distributions can be separately probed, and their respective volumetric ratios can be estimated using this technique. In order to analyze the size distribution, we have formulized an analytical expression of one-particle PCM and projected it onto a generic distribution function that will represent the size distribution of analyzed nanocrystal. As a model experiment, we have analyzed the size distribution of free-standing silicon nanocrystals (Si-NCs) with multi-modal size distributions. The estimated size distributions are in excellent agreement with TEM and PL results, revealing the reliability of our model.

We demonstrate how to determine the size distribution of semiconductor nanocrystals in a quantitative manner using Raman spectroscopy employing an analytically defined multi-particle phonon confinement model. Results obtained are in excellent agreement with the other size analysis techniques like transmission electron microscopy and photoluminescence spectroscopy.

Charakterisierung von Nanokristallgrößenverteilung mittels Raman-Spektroskopie mit einem Multi-Partikel Phonon Confinement Modell

Analysis of the size distribution of nanocrystals is a critical requirement for the processing and optimization of their size-dependent properties. The ...

Measurement of Scattering Nonlinearities from a Single Plasmonic Nanoparticle

Plasmonics, which are based on the collective oscillation of electrons due to light excitation, involve strongly enhanced local electric fields and thus have potential applications in nonlinear optics, which requires extraordinary optical intensity. One of the most studied nonlinearities in plasmonics is nonlinear absorption, including saturation and reverse saturation behaviors. Although scattering and absorption in nanoparticles are closely correlated by the Mie theory, there has been no report of nonlinearities in plasmonic scattering until very recently. 
Last year, not only saturation, but also reverse saturation of scattering in an isolated plasmonic particle was demonstrated for the first time. The results showed that saturable scattering exhibits clear wavelength dependence, which seems to be directly linked to the localized surface plasmon resonance (LSPR). Combined with the intensity-dependent measurements, the results suggest the possibility of a common mechanism underlying the nonlinear behaviors of scattering and absorption. These nonlinearities of scattering from a single gold nanosphere (GNS) are widely applicable, including in super-resolution microscopy and optical switches. 
In this paper, it is described in detail how to measure nonlinearity of scattering in a single GNP and how to employ the super-resolution technique to enhance the optical imaging resolution based on saturable scattering. This discovery features the first super-resolution microscopy based on nonlinear scattering, which is a novel non-bleaching contrast method that can achieve a resolution as low as l/8 and will potentially be useful in biomedicine and material studies.

Saturable and reverse saturable scattering were discovered in isolated plasmonic particles and adopted as a novel non-bleaching contrast method in super-resolution microscopy. Here the experimental procedures of detecting and extracting nonlinear scattering are explained in detail, as well as how to enhance resolution with the aid of saturated excitation microscopy.

Die Messung der Streunichtlinearitäten von einem Einzel Plasmonische Nanopartikel

Plasmonics, which are based on the collective oscillation of electrons due to light excitation, involve strongly enhanced local electric fields and thus ...

Resonance Raman Spectroscopy of Extreme Nanowires and Other 1D Systems

This paper briefly describes how nanowires with diameters corresponding to 1 to 5 atoms can be produced by melting a range of inorganic solids in the presence of carbon nanotubes. These nanowires are extreme in the sense that they are the limit of miniaturization of nanowires and their behavior is not always a simple extrapolation of the behavior of larger nanowires as their diameter decreases. The paper then describes the methods required to obtain Raman spectra from extreme nanowires and the fact that due to the van Hove singularities that 1D systems exhibit in their optical density of states, that determining the correct choice of photon excitation energy is critical. It describes the techniques required to determine the photon energy dependence of the resonances observed in Raman spectroscopy of 1D systems and in particular how to obtain measurements of Raman cross-sections with better than 8% noise and measure the variation in the resonance as a function of sample temperature. The paper describes the importance of ensuring that the Raman scattering is linearly proportional to the intensity of the laser excitation intensity. It also describes how to use the polarization dependence of the Raman scattering to separate Raman scattering of the encapsulated 1D systems from those of other extraneous components in any sample.

The paper describes a method for producing extreme nanowires by melt infiltration into carbon nanotubes and how 1D systems may be characterized and investigated using Resonance Raman Spectroscopy to determine vibrational and optical excitation energies.

Resonanz-Raman-Spektroskopie von Extreme Nanodrähte und andere 1D-Systeme

This paper briefly describes how nanowires with diameters corresponding to 1 to 5 atoms can be produced by melting a range of inorganic solids in the ...

Stimulated Stokes and Antistokes Raman Scattering in Microspherical Whispering Gallery Mode Resonators

Dielectric microspheres can confine light and sound for a length of time through high quality factor whispering gallery modes (WGM). Glass microspheres can be thought as a store of energy with a huge variety of applications: compact laser sources, highly sensitive biochemical sensors and nonlinear phenomena. A protocol for the fabrication of both the microspheres and coupling system is given. The couplers described here are tapered fibers. Efficient generation of nonlinear phenomena related to third order optical non-linear susceptibility &#935;(3) interactions in triply resonant silica microspheres is presented in this paper. The interactions here reported are: Stimulated Raman Scattering (SRS), and four wave mixing processes comprising Stimulated Anti-stokes Raman Scattering (SARS). A proof of the cavity-enhanced phenomenon is given by the lack of correlation among the pump, signal and idler: a resonant mode has to exist in order to obtain the pair of signal and idler. In the case of hyperparametric oscillations (four wave mixing and stimulated anti-stokes Raman scattering), the modes must fulfill the energy and momentum conservation and, last but not least, have a good spatial overlap.

Efficient generation of nonlinear phenomena related to third order optical non-linear susceptibility &#935;(3) interactions in triply resonant silica microspheres is presented in this paper. The interactions here reported are: Stimulated Raman Scattering (SRS), and four wave mixing processes comprising Stimulated Anti-stokes Raman Scattering (SARS).

Stimulated Stokes und Antistokes Raman Scattering in Mikrosphärische Whispering Gallery-Modus Resona

Dielectric microspheres can confine light and sound for a length of time through high quality factor whispering gallery modes (WGM). Glass microspheres ...

Scanning Light Scattering Profiler (SLPS) Based Methodology to Quantitatively Evaluate Forward and Backward Light Scattering from Intraocular Lenses

The scanning light scattering profiler (SLSP) methodology has been developed for the full-angle quantitative evaluation of forward and backward light scattering from intraocular lenses (IOLs) using goniophotometer principles. This protocol describes the SLSP platform and how it employs a 360&#176; rotational photodetector sensor that is scanned around an IOL sample while recording the intensity and location of scattered light as it passes through the IOL medium. The SLSP platform can be used to predict, non-clinically, the propensity for current and novel IOL designs and materials to induce light scatter. Non-clinical evaluation of light scattering properties of IOLs can significantly reduce the number of patient complaints related to unwanted glare, glistening, optical defects, poor image quality, and other phenomena associated with the unintended light scattering. Future studies should be conducted to correlate SLSP data with clinical results to help identify which measured light scatter is most problematic for patients that have undergone cataract surgery subsequent to IOL implantation.

Scanning Light Scattering Profiler SLPS Based Methodology to Quantitatively Evaluate Forward and Backward Light Scattering from Intraocular Lenses

This protocol describes the scanning light scattering profiler (SLSP) that enables the full-angle quantitative evaluation of forward and backward scattering of light from intraocular lenses (IOLs) using goniophotometer principles.

Scanning Light Scattering Profiler (SLPS) basierte Methodik zur quantitativen Bewertung von Vorwärts- und Rücklichtlichtstreuung aus Intraokularlinsen

The scanning light scattering profiler (SLSP) methodology has been developed for the full-angle quantitative evaluation of forward and backward light ...

High-speed Continuous-wave Stimulated Brillouin Scattering Spectrometer for Material Analysis

Recent years have witnessed a significant increase in the use of spontaneous Brillouin spectrometers for non-contact analysis of soft matter, such as aqueous solutions and biomaterials, with fast acquisition times. Here, we discuss the assembly and operation of a Brillouin spectrometer that uses stimulated Brillouin scattering (SBS) to measure stimulated Brillouin gain (SBG) spectra of water and lipid emulsion-based tissue-like samples in transmission mode with &lt;10 MHz spectral-resolution and &lt;35 MHz Brillouin-shift measurement precision at &lt;100 ms. The spectrometer consists of two nearly counter-propagating continuous-wave (CW) narrow-linewidth lasers at 780 nm whose frequency detuning is scanned through the material Brillouin shift. By using an ultra-narrowband hot rubidium-85 vapor notch filter and a phase-sensitive detector, the signal-to-noise-ratio of the SBG signal is significantly enhanced compared to that obtained with existing CW-SBS spectrometers. This improvement enables measurement of SBG spectra with up to 100-fold faster acquisition times, thereby facilitating high spectral-resolution and high-precision Brillouin analysis of soft materials at high speed.

We describe the construction of a rapid continuous-wave-stimulated-Brillouin-scattering (CW-SBS) spectrometer. The spectrometer employs single-frequency diode-lasers and an atomic vapor notch-filter to acquire transmission spectra of turbid/non-turbid samples with high spectral-resolution at speeds up to 100-fold faster than those of existing CW-SBS spectrometers. This improvement enables high-speed Brillouin material analysis.

High-Speed-Dauerstrich-stimulierten Brillouin-Streuung Spektrometer für Materialanalyse

Recent years have witnessed a significant increase in the use of spontaneous Brillouin spectrometers for non-contact analysis of soft matter, such as ...

Generation and Coherent Control of Pulsed Quantum Frequency Combs

We present a method for the generation and coherent manipulation of pulsed quantum frequency combs. Until now, methods of preparing high-dimensional states on-chip in a practical way have remained elusive due to the increasing complexity of the quantum circuitry needed to prepare and process such states. Here, we outline how high-dimensional, frequency-bin entangled, two-photon states can be generated at a stable, high generation rate by using a nested-cavity, actively mode-locked excitation of a nonlinear micro-cavity. This technique is used to produce pulsed quantum frequency combs. Moreover, we present how the quantum states can be coherently manipulated using standard telecommunications components such as programmable filters and electro-optic modulators. In particular, we show in detail how to accomplish state characterization measurements such as density matrix reconstruction, coincidence detection, and single photon spectrum determination. The presented methods form an accessible, reconfigurable, and scalable foundation for complex high-dimensional state preparation and manipulation protocols in the frequency domain.

A protocol is presented for the practical generation and coherent manipulation of high-dimensional frequency-bin entangled photon states using integrated micro-cavities and standard telecommunications components, respectively.

Generation und kohärente Steuerung der gepulsten Quantum Frequenzkämmen

We present a method for the generation and coherent manipulation of pulsed quantum frequency combs. Until now, methods of preparing high-dimensional ...

Scattering And Absorption of Light in Planetary Regoliths

Theoretical, numerical, and experimental methods are presented for multiple scattering of light in macroscopic discrete random media of densely-packed microscopic particles. The theoretical and numerical methods constitute a framework of Radiative Transfer with Reciprocal Transactions (R2T2). The R2T2 framework entails Monte Carlo order-of-scattering tracing of interactions in the frequency space, assuming that the fundamental scatterers and absorbers are wavelength-scale volume elements composed of large numbers of randomly distributed particles. The discrete random media are fully packed with the volume elements. For spherical and nonspherical particles, the interactions within the volume elements are computed exactly using the Superposition T-Matrix Method (STMM) and the Volume Integral Equation Method (VIEM), respectively. For both particle types, the interactions between different volume elements are computed exactly using the STMM. As the tracing takes place within the discrete random media, incoherent electromagnetic fields are utilized, that is, the coherent field of the volume elements is removed from the interactions. The experimental methods are based on acoustic levitation of the samples for non-contact, non-destructive scattering measurements. The levitation entails full ultrasonic control of the sample position and orientation, that is, six degrees of freedom. The light source is a laser-driven white-light source with a monochromator and polarizer. The detector is a mini-photomultiplier tube on a rotating wheel, equipped with polarizers. The R2T2 is validated using measurements for a mm-scale spherical sample of densely-packed spherical silica particles. After validation, the methods are applied to interpret astronomical observations for asteroid (4) Vesta and comet 67P/Churyumov-Gerasimenko (Figure 1) recently visited by the NASA Dawn mission and the ESA Rosetta mission, respectively.

Numerical and experimental methods are presented for multiple scattering of light in discrete random media of densely-packed particles. The methods are utilized to interpret the observations of asteroid (4) Vesta and comet 67P/Churyumov-Gerasimenko.

Streuung und Absorption des Lichts in planetarischen Regolithen

Theoretical, numerical, and experimental methods are presented for multiple scattering of light in macroscopic discrete random media of densely-packed ...