В этом году, на ежегодном симпозиуме и конгрессе ASCRS/ASOA в Бостоне, доктор Vance Thompson выступил с докладом, посвященным Бриллюэновской спектроскопии. Это относительно молодое направление, и поэтому я постараюсь рассказать о нем немного подробнее.
В основе метода лежит спектральный анализ спонтанного рассеяния Бриллюэна (рассеяния Бриллюэна-Мандельштама). Самые ранние попытки использования Бриллюэновского рассеяния были предприняты Vaughan & Randall в 1980 году для изучения изменений вязкоупругих свойств хрусталика с использованием интерферометра Фабри-Перо. Эволюции метода понадобилось 27 лет, чтобы Scarcelli & Yun описали метод исследования ткани in vivo с использованием конфокального спектрометра.
Этот метод определяет спектральные изменения рассеянного света в ответ на падающий монохроматичный лазерный луч.
Любой рассматриваемый материал состоит из атомов, которые постоянно совершают «хаотичные» колебательные движения с различной частотой, и где их плотность окажется больше, там будет больше показатель преломления.
В результате получается структура, похожая на динамическую дифракционную решетку. Когда акустическая волна (фонон) накатывает на падающий фотон, последний увеличивает свою частоту, а когда убывает от него – уменьшает (Стоксово и анти-Стоксово смещение частоты Бриллюэна).
Это следует из закона сохранения энергии и импульса и может быть выражено следующим образом:
νB – сдвиг частоты Бриллюэна
n – показатель преломления
λ – длина волны
V – скорость звука в материале
θ – угол рассеяния
Этот сдвиг связан с модулем упругости следующим образом (в этой формуле он обозначается Ω):
М – модуль упругости
ρ - плотность
Задача спектроскопии заключается в разделении неупругого (в том числе Рамана) и упругого видов рассеяния, т.к. выводы о реологических свойствах изучаемой точки материала можно сделать из отношения пространственного сдвига неупругорассеянных Бриллюэновских длин волн к упругим Рэлеевским. Чем больше модуль Юнга и модуль сдвига, тем больше сопротивление материала к деформации.
Типичный Бриллюэновский спектр биологической ткани. В центре располагается интенсивный пик Рэлеевского рассеяния а по бокам маленькие Бриллюэновские (линия получается в виде дуги из-за отрицательно цилиндрической линзы в оптике прибора).
Значения сдвига частот получают из расстояния между пиками.
В презентации были представлены результаты работы Giuliano Scarcelli по использованию этого метода для оценки эффективности роговичного кросс-линкинга при различных комбинациях выдержки рибофлавина и УФ.
Anterior, Central, Posterior - это, соответственно, передний, средний и задний слои роговицы.
Таким образом, описываемый метод может быть использован для раннего выявления кератэктазий различной этиологии, оценки эффективности кросс-линкинга, более точного измерения ВГД, исследования вязкоупругих свойств других тканей и т.п. Кроме всего этого, расчетные данные метода могут быть использованы для определения показателя преломления в любой точке оптики.
Подробнее:
1. Stephan Reiß
2. G.Scarcelli
https://vk.com/eye.latest_news
