Hyperspectral imaging and time-resolved spectroscopy of photoexcited processes in biomolecules

• Ano de defesa: 2020
• Autor(a) principal: Bárbara Elza Nogueira de Faria
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: eng
• Instituição de defesa: Universidade Federal de Minas Gerais; Brasil; ICX - DEPARTAMENTO DE FÍSICA; Programa de Pós-Graduação em Física; UFMG
• Palavras-chave em Português: Ultrafast phenomena; Pump-probe; Tryptophan; Tyrosine; Phenylalanine; Singlet states; Triplet states; Photoproducts; Hyperspectral imaging; Birefringence; TWINS; Interferogram; Fourier transform; Hyperspectral camera; Hyperspectral microscope; Ótica; Espectroscopia por transformada de Fourier; Biomoléculas
• Link de acesso: http://hdl.handle.net/1843/61969; https://orcid.org/0000-0003-1287-0583

Este trabalho tem como principais focos o estudo de fenômenos ultrarrápidos em biomoléculas e o desenvolvimento de montagens ópticas para imageamento hiperespectral. Parte do projeto foi desenvolvido em colaboração com a Universidade Politecnico di Milano, durante estágio Doutorado Sanduíche. Para o estudo dos fenômenos ultrarrápidos, utilizou-se principalmente de medidas do tipo excitação e prova (do inglês pump-probe) e de simulações computacionais por primeiros princípios para compreender os fenômenos fotoquímicos e fotofísicos de três aminoácidos aromáticos: triptofano, tirosina e fenilalanina. Os resultados obtidos demonstraram tempos ultra-rápidos de transferência de elétrons dos estados singletos para os tripletos e a formação de fotoprodutos. Complementamos os estudos de fotoexcitação dos aminoácidos com medidas de absorção linear e fotoluminescência. Em pa- ralelo, desenvolvemos duas montagens ópticas para a obtenção de imagens hiperespectrais utilizando interferômetro baseado em birrefringência. Ambas são capazes de obter imagens do objeto de interesse que contém além da informação espacial, a informação espectral emitida pelo objeto contida em cada ponto da imagem. Uma montagem foi projetada para aplicações macro e a outra para aplicações microscópicas. A novidade da técnica está no modo de aquisição das imagens, que se baseia num dispositivo interferométrico birrefringente, o TWINS (do inglês: Translating-Wedge-based Identical pulses eNcoding System). O TWINS foi utilizado para gerar duas réplicas da informação espectral emitida pelo objeto (a reĆetância ou fotoluminescência, por exemplo), uma atrasada em relação a outra, bem como o padrão de interferência gerado pela combinação dessas devido a este atraso controlado, que é detectado por uma câmera. Após computarmos a transformada de Fourier do interferograma, obtemos acesso ao espectro ponto a ponto na imagem. Na câmera hiperespectral, projetada para aplicações macroscópicas, exploramos sua aplicação principalmente em arte e conservação. Já com o microscópio hiperespectral, exploramos principalmente sua aplicação em sistemas de tecidos biológicos.